基于阵列信号处理的高性能双星定位

针对常规双星时/频差(TDOA/FDOA)定位系统存在弱信号估计误差大和时频重叠辐射源估计分辨力不高问题,以及定位存在盲区和信号适应性弱等问题,提出了基于阵列信号处理提高TDOA/FDOA估计精度与分辨力的方法及具有消除定位盲区和更强信号适应能力的TDOA/FDOA/DOA定位方法.理论分析和仿真试验验证了所述方法的有效性.     

基于共轭模糊函数的时差-频差联合估计方法

提出了一种新的二阶到达时差（TDOA）和到达频差（FDOA）联合估计算法。该方法利用非圆信号具有非零二阶共轭矩这一特点构造所谓二阶共轭模糊函数,通过对该模糊函数进行二维极值搜索获得TDOA和FDOA的联合估计。新方法能够抑制相关噪声,但计算复杂度远小于传统高阶累积量方法。     

双星TDOA/FDOA定位系统的目标定位精度分析

根据双星时差/频差(TDOA/FDOA)的定位原理,推导了目标定位精度模型,分析了目标定位精度与轨道高度、星间基线长度、TDOA测量精度、FDOA测量精度、卫星速度测量精度、卫星位置测量精度等误差源之间的关系。分析结果表明:测量因素中的FDOA测量精度和卫星速度测量精度,是影响双星定位的关键因素;而TDOA测量精度和卫星位置测量精度,对目标定位精度的影响较小。     

双星TDOA／FDOA无源定位方法分析

针对两个卫星利用信号到达时间差(TDOA)、到达频率差(FDOA)信息对地面已知高度固定辐射源定位容易产生模糊解的问题,提出了两种判断模糊解的方法,并在对观测参数存在误差条件下双星定位误差几何稀释(GDOP)分布进行了理论和Monte-Carlo仿真分析基础上,得到了定位误差的解析表达式。分析结果表明为了减少定位误差大的区域,双星最好同轨分布。     

双星时差频差联合定位系统性能分析

针对基于到达时延(TDOA)/到达频延(FDOA)联合估计定位的双星定位系统,建立了时差频差联合定位的模型并给出了解算过程。对系统定位精度的理论分析和不同参数条件下的定位性能仿真计算结果表明,双星系统可实现对辐射源的高精度定位。频差和时差测量误差对系统性能均有影响,但前者的作用更显著。基线长度越大、卫星轨道高度越低,系统性能就越优。     

基于TDOA/FDOA不相关估计的选择融合定位方法

为提高单独到达时差或频差定位精度,本文首先提出可达TDOA克拉美罗界的TDOA解析解,然后采用最大似然网格搜索算法获得FDOA定位解,最后采用基于TDOA/FDOA不相关估计选择融合的解形成联合解。仿真和理论分析表明:该联合算法定位性能优于单独定位,定位精度在有或无地球约束时均可达联合的克拉美罗界。     

星下点构型对目标定位精度的影响分析

基于TDOA/FDOA对地面辐射源目标的定位原理，建立了多星TDOA/FDOA联合定位模型和定位精度分析模型。针对三星和四星系统不同星下点构型，仿真分析了星下点构型对目标定位精度的影响。三星星下点构型包括星下点直线型、等腰锐角三角形、等边三角形、等腰直角三角形、等腰钝角三角形等5种情况。四星星下点构型包括直线型、三角形、凹四边形和凸四边形等4种情况。分析结果表明，增加卫星数量能够提高探测区域内目标的定位因子和定位精度；星下点非直线型的三星及四星构型，定位精度优于直线型构型，各卫星之间的基线长度尽可能长。     

时差定位卫星簇的时域关联干扰方法研究

时差定位卫星簇对地表的辐射源存在很大威胁.为保护目标辐射源,在分析时差定位卫星簇TDOA脉冲配对的原理的基础上,提出一种新的主动干扰方法.即通过控制干扰脉冲与辐射源脉冲之间的时域关联关系,达到欺骗时差定位卫星的TDOA估计.仿真计算表明,适当的脉冲发射时间和脉冲宽度的同频干扰源对辐射源位置信息的保护具有可行性和有效性.     

卫星干扰源定位中时间差估计优化算法研究

为了提高卫星干扰源测时差定位的性能,提出了四阶累积量时间差(TDOA)估计优化算法.该方法利用高阶累积量的特性,在低信噪比、非相关或相关噪声环境下,对接收信号到达时间差做出精确估计,有效提高了卫星干扰源定位的性能.仿真结果验证了该算法的准确性和有效性.     

基于最大比合并的最大似然TDOA/FDOA联合定位方法

为了提高单独时差或频差定位精度,提出利用最大比合并技术合并TDOA和FDOA方程基于最大似然原理的独立定位解, 形成联合定位,合并系数由TDOA和FDOA方程单独定位方差的克拉美罗界对应的Fisher信息逆矩阵来定义.仿真和理论分析表明:该算法的定位性能在有无地球约束条件下均优于单独定位性能,并且逼近克拉美罗界.     

一种多标校源的高轨伴星时差频差定位算法

针对高轨伴星时差频差无源定位系统中卫星位置、速度、时差和频差等参数的测量系统误差严重影响定位精度的问题,提出了一种基于四个或四个以上已知位置的地面标校源的高斯-牛顿定位算法。该算法首先利用差分法消除星间时差、频差测量的系统误差,再利用标校源的时差频差测量方程组估计出主星和伴星的相对位置和相对速度误差,最后结合时差、频差、地球球面以确定非合作辐射源位置。理论和数字仿真均表明在时差和频差测量的随机误差较小时,本文算法的均方根误差（MSE）接近克拉美-罗下限(CRLB)。
     

基于时差频差角度的低轨双星动目标融合跟踪方法

针对低轨双星时差频差定位系统在对运动目标定位中忽略其运动速度会引起较大的定位偏差以及定位跟踪的初值选取等问题,提出了一种对运动目标的双星时差频差信息融合主星的二维到达角（AOA）信息的融合无源跟踪新方法。首先建立测量模型和等高程目标运动状态模型,在此基础上采用扩展卡尔曼滤波（EKF）方法对运动目标进行跟踪定位。仿真分析表明,该方法可达到克拉美‐罗下限（CRLB ）,且收敛后对目标的速度和航向估计有较大的提高。     

高低轨双星时频差无源定位精度

高低轨卫星联合定位是提高地面辐射源无源定位精度的有效方法。从时差基线、速度差增加方面分析了高低轨双星定位精度相对同轨卫星定位精度高的原因,推导出高低轨双星时频差定位误差分布表达式,分析了高低轨联合定位适用的时频差测量方法及其测量精度。仿真分析结果表明:在低轨卫星星下点附近较大范围内,定位精度达到百米量级。验证了双星相对位置变化、时频差测量误差、高低轨卫星自身位置速度测量误差等因素对高低轨双星定位精度的影响。     

双向互选最近邻准则下的多目标TDOA无源定位

为有效解决多目标无源定位中的数据关联难题,提出双向互选最近邻多目标数据关联算法。该算法借鉴全局最近邻思想解决多目标到达时差(TDOA)测量数据关联问题,在设置检测门限对时差测量数据进行关联初选的基础上,将所有目标和初选后数据的关联配对关系进行全局考虑,通过对初选后数据的前后向互选来解决多目标时差测量数据的正确关联问题。该算法在从众多时差测量数据关联配对点中提取真实目标位置的同时,可有效解决时差无源定位中的定位模糊问题,算法模块也可应用到多星测时差、测向-测时差等无源定位系统中。仿真结果表明,该算法能有效解决多目标时差测量数据的关联问题,最终实现对多目标的无源定位。     

雷达信号时差频差测量定位工程实现技术研究

针对星载时差频差无源定位系统对地海面雷达信号定位工程实现需要考虑的实际问题,对雷达信号时差频差测量关键技术进行研究。首先研究了雷达信号时差频差测量方法,然后研究了双星时差频差模糊条件并提出解模糊方法,最后,研究了长时间积累对到达频差的影响,给出随时间变化频差补偿方法。     

基于无线信道仿真仪的双星定位半实物仿真

构建无源电子侦察双星时差频差定位系统半实物仿真平台,以雷达及通信信号为侦察对象,采用无线信道仿真仪模拟产生两颗同轨卫星接收地面同一目标辐射源发射信号,通过数字接收机VPX机箱中的两块板卡同步接收信号数据,进行实时处理。实验表明,构建的半实物仿真平台,与纯数字仿真相比,能够准确、实时、有效地反映双星时差频差定位系统的性能。     

一种基于正弦波高精度互模糊函数的通信卫星干扰定位技术

通信卫星系统易遭到敌方恶意干扰、地面无意干扰，对通信卫星系统的干扰排查具有重要意义，而通信卫星系统的干扰定位一直是重难点问题。在双星定位互模糊函数算法的基础上，提出了一种基于正弦波高精度互模糊函数频差估计方法，同时针对利用两颗静止通信卫星实现干扰定位时主信号和辅助信号信噪比差异大、辅助信号微弱的问题，采用改进的互模糊度函数实现双星TDOA和FDOA的测量，完成对通信卫星系统干扰信号的定位。仿真试验表明，采用本算法，对通信卫星系统干扰信号的定位精度较高，满足系统实际运用要求。