利用时差/频差联合算法提高四星定位精度研究

为了有效提高四星空间定位精度和四星定位系统在工程上的可实现性,在四星时差(TDOA)定位算法的基础上,引入频差信息,用时差/频差(TDOA/FDOA)联合定位算法对四星定位的几何精度因子(GDOP)进行优化。仿真结果表明:与TDOA定位相比,绝对位置测量精度对TDOA/FDOA定位精度的影响很小;且在相同参数条件下,针对菱形构型,四星TDOA/FDOA联合定位拥有更好的精度和更均匀的GDOP分布;四星TDOA/FDOA联合定位精度优于四星TDOA的定位精度。     

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。     

基于卫星星历的TDOA/FDOA研究

文章研究利用卫星星历中的轨道参数以及地面辐射源的经纬度和高程,采用几何矢量法,建立了对各种轨道卫星具有通用性的卫星接收信号TDOA/FDOA估计模型,分析了从典型卫星通信系统Globalstar和Inmarsat中选取的2颗卫星在接收辐射源信号时TDOA/FDOA变化情况。仿真结果表明,文中所建模型具有较好的适用性,为无源定位中TDOA/FDOA的估计结果提供了一种验证方法。     

三星构型设计与时差定位精度研究

三星时差定位是星载高精度无源定位的重要形式,需要深入研究三星编队构型设计来 改善其高精度定位性能。从三星时差定位原理出发,推导了地理经纬度位置下的误差分析模 型,提出了基于最小定位误差均方差下的最佳构型数学表达式,并分析了不同构型对误差均 方差的敏感程度;讨论了在三星编队飞行中进行构型设计与保持的问题,并根据定位误差周 期稳定性和一致性设计要求,基于轨道相对动力学方程,提出了一种卫星编队的设计;通过 仿 真研究表明,三星形成的三角形构型中,其两腰长对应地心角距低于约0.3°时或三角形趋 于共线时定位性能敏感;固定腰长情况下等腰直角三角形星座构型具有最佳误差特性;提出 的具体编队方案,在运行周期内具有定位误差小和误差特性的良好一致性,对工程设计应用 具有重要意义。
     

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。     

基于高斯-牛顿迭代的三星时差定位融合算法

若三星时差(TDOA)定位系统可多次接收到辐射源信号并进行定位,则通过不同时刻观测的多组时差和高程信息融合可能可以提高定位精度。将先验高程信息建模为三星时差定位融合的观测量之一,并提出了一种基于高斯⁃牛顿(Gauss⁃Newton)迭代的三星时差定位融合算法。通过实验仿真比较了提出的算法与直接平均、加权平均、选取星下点最近点等位置合批方法的性能。仿真表明该算法相较于现有的位置合批方法,具有更好的融合定位精度。     

双站无源定位和跟踪算法研究

为提高无源定位和跟踪的性能,弥补传统技术信息量少、定位速度慢和跟踪精度低的缺陷,研究了针对空中目标的基于联合信号到达角(DOA)与到达时间差(TDOA)的双站无源定位算法,以及基于联合到达时间差与到达频率差(FDOA)的双站无源跟踪算法。无源定位算法利用空间几何关系解析目标位置,无源跟踪算法利用无色卡尔曼滤波(UKF)持续跟踪目标并获得更高精度的目标位置信息,给出了两种算法模型。仿真结果表明:联合DOA,TDOA的无源定位算法在基线较短的条件下,对距离100km内的目标定位精度优于10%,联合TDOA,FDOA的无源跟踪算法的收敛速度较快且跟踪精度能达百米级。     

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.     

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。     

遥感卫星对地面目标测向定位研究

对于采用二维测向定位体制的遥感卫星,文章导出了对地面目标进行相对定位和绝对定位的解析计算公式。目标相对定位是用目标相对于星下点轨迹的方位角和目标与星下点之间的地心张角来表征的。目标绝对定位是用目标的地理经纬度来表征的。文章还对相对定位和绝对定位的误差进行了详细的分析。在该文的推导中,地球是作为一个具有本地半径的球体来表述的。     

COMPASS/GPS双系统四星定位算法研究

针对COMPASS系统处于组网期,有效卫星缺失引起双系统卫星导航接收机暂时性无法定位的问题,提出一种双系统四星定位算法。利用完备条件下的定位信息,采用最小二乘拟合法或α-β滤波法,将完备条件下解算得到的COMPASS与GPS的系统钟差线性化,得到该钟差在非完备条件下的值,再结合可视卫星,在双系统四星条件下短时间内保持定位。算法无需引入其他设备,不依赖电子地图。经仿真验证,算法有效可行,在双系统四星条件下定位精度较高,且卫星信号恢复到完备条件后,定位精度能迅速恢复到完备条件下的水平。     

星载合成孔径雷达的目标定位方法

论述星载合成孔径雷达（ＳＡＲ）中，利用卫星星历表和雷达回波数据的距离－多普勒参数对目标定位的方法，并用解析法推导出目标相对于星下点位置的计算公式，以及目标的地球经纬度坐标公式。此方法的优点是不需要在星载ＳＡＲ的视场中使用任何位置确知的参考点，并且与卫星的姿态数据无关。还介绍了目标距离－多普勒参数的决定方法，并讨论了目标定位误差源，以及定位精度的评估。     

海洋定位卫星性能分析

编队卫星是重要的空间设施,为保证编队卫星在空间复杂环境中的工作效率,需对编队卫星的工作原理、状态进行分析。以三星编队的海洋定位卫星为例,由于该编队卫星工作状态常受到星间基线、目标源位置、卫星高度等多种因素的制约,易造成定位模糊等问题。在评价海洋定位卫星性能方面,传统的方法主要着眼于定位精度,而忽略了定位迭代解算时间这一指标,而在特定的场景下(海上搜救、抢险救灾),较短的解算时间可以迅速找出目标源的概略位置。通过分析海洋定位卫星的时差测量定位原理,对定位误差精度进行了分析,提出水平精度因子(HDOP)和最小二乘迭代结合的评价方法,分析了影响卫星性能的因素,包括目标源相对几何位置、卫星高度及卫星几何构型等方面的影响。仿真结果表明:本文的设计可以提高卫星的定位效果,为定位卫星的参数设定提供参考。     

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。     

长期在轨运行卫星的轨道维持技术

本文研究近地轨道卫星长期在轨运行的轨道维持问题。轨道维持的任务是将卫星的星下点轨迹保持在设计的参考轨迹附近。近地轨道卫星所受的摄动力包括地球引力摄动、日月摄动、大气阻力摄动和光压摄动等,而影响卫星轨道星下点漂移的主要因素是大气阻力摄动。本文给出了一种新的卫星轨道维持策略,数学仿真表明了其有效性。     

三星时差定位系统的目标定位精度分析

根据三星时差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、轨道高度差、卫星编队构形、目标位置、时差精度、卫星相对位置精度、绝对位置精度等因素之间的关系;得出了一些对工程研制有指导意义的结论。     

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。     

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。     

双星时差频差联合定位方法及其误差分析

针对两个卫星联合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的问题,提出了一种获得目标三维位置解析解的方法,不仅可得到卫星运动方向与卫星间连线方向不同时的解,而且可得到在两者方向相同时的解。在观测参数存在误差条件时对双星定位误差几何稀释(GDOP)分布理论和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,双星的运动方向最好与卫星间连线方向一致或接近。     

一种绕飞编队卫星星间链路系统的总体设计方法

为了建立高精度相对定位编队卫星的星间链路,提出了一种基于GPS的绕飞编队卫星星间链路系统设计方法。针对我国首次以InSAR为背景的任务,以某绕飞编队星座星间链路系统总体方案为例,利用STK/MATLAB分析软件,对天线覆盖区与组阵进行了仿真分析,并根据分析结果做了系统优化,包括星间轨道构型、天线设计组阵图、天线安装位置、链路预算、星间通信措施设计分析以及电磁兼容性分析等。结果表明:基于GPS的编队卫星能够从系统角度优化设计建立星间链路,从而完成编队跟飞、绕飞期间的星间通信与测量任务,为卫星建立星座构型、相对定位测量提供了可靠、稳定的传输通道。该设计方法可为同类卫星或其他类型卫星星间链路系统设计提供参考。