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。     

高低轨双星时频模糊雷达信号的频差估计算法

针对高低轨双星定位系统中,雷达信号定位参数估计结果同时存在时差与频差模糊的问题,分析了相参脉冲串信号的模糊特性;利用粗略配对的脉冲串获得到达时间差序列,避免了对时域高度密集的脉冲进行配对的难题;在此基础上,提出了对时差序列进行中心差分计算频差粗估值实现频差模糊消除的方法;推导得出了频差粗值误差随着辐射源载频的增加、脉冲到达时间测量误差的增大、时差差分间隔的减小而增大的结论。仿真结果表明,频差粗值误差与理论值一致;通过设置合理的差分间隔,得到无模糊的频差粗值以后,频差精估精度逼近CRLB。新算法便于工程实现,对长基线定位系统中雷达信号的频差估计具有一定参考价值。     

同步轨道双星定位中等频差曲线特性分析

针对同步轨道双星对地面卫星通信类辐射源时差频差定位应用中,用传统方法无法解释等频差曲线的几何物理意义而只能通过复杂数值仿真计算得到的缺点,利用同步轨道双星对地定位中主副星间经度间隔的工程应用约束条件,将地面卫通辐射源与两颗卫星间连线的方向性单位矢量,采用角平分线上的单位矢量进行近似,巧妙地将该问题转为同步轨道单星运动对地所形成的等多普勒曲线问题,从而清晰地展示了模型的几何物理意义,并可快速获得等频差曲线的形状分布与综合定位性能等特性。讨论了等时差与等频差曲线对定位性能的影响,发现在主星选择固定时,在多个满足频率转发条件的副星中选择与主星间相对运动速度较大,且相对运动速度方向尽量平行于地球自转轴线者,能使等时差线与等频差线尽可能形成正交,从而进一步改善定位精度。仿真结果验证了该法的有效性。研究为同步轨道双星定位特性分析提供了新的途径。     

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。     

一种低轨双星雷达信号无模糊频差估计算法

针对低轨双星组合接收低脉冲重复频率(LPRF)雷达信号的频差(DFO)估计存在模糊的问题,提出一种基于时差差分的频差无模糊高精度估计算法,该算法通过对高精度的时差测量值进行中心差分获得无模糊的频差估值。仿真结果表明,新算法能对PRF低至300 Hz的雷达信号进行无模糊的频差估计,估计精度在信噪比高于15 dB时逼近克拉美劳下界,可有效扩大低轨双星时/频差定位系统对LPRF信号的适用范围。     

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。     

基于累积量的时差频差联合估计算法研究

介绍了无源定位中二阶累积量和高阶累积量的时差频差联合估计(TDOA/FDOA)算法.分析了噪声相关性对该算法的影响.仿真结果表明,这一方法是切实可行的,可以有效地同时估计出时差和频差信息.     

基于宽带模糊函数的时差时间尺度联合估计

针对双站无源定位系统中的时差频差测量问题,从时差频差产生的根本原因入手,研究了利用宽带模糊函数对宽带雷达信号进行时差时间尺度联合估计的快速算法。仿真验证了算法的性能。结果表明,针对宽带信号,该算法有良好的时差时间尺度估计性能。     

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。     

两星一地时差定位方法性能分析

针对同轨多星定位系统以及高低轨联合定位系统需要卫星数量多的特点,设想地面站和卫星联合定位体制。考虑到时差定位体制对卫星运动不敏感的特征,提出一星三地和两星一地2种定位体制,从定位场景、定位原理、理论定位误差和误差分布4个方面对定位效能分析。重点论述了两星一地时差定位误差的地理分布、时间分布以及受高度的影响,对将来的工程化应用提供支撑。     

中心差分Kalman滤波方法在X射线脉冲星导航中的应用

由于脉冲星脉冲到达时间的测量需要较长时间,基于传统的扩展Kalman滤波的X射线脉 冲星定轨方法精度较低。为此,提出了将中心差分Kalman滤波应用于X射线脉冲星导航中, 利用中心差分Kalman滤波替代扩展Kalman滤波,通过结合航天器轨道动力学模型和脉冲星观 测信息进行定轨。仿真结果表明,中心差分Kalman滤波方法的定轨精度高于扩展Kalman滤波 方法。     

相位干涉仪参差基线解模糊算法研究

针对多基线相位干涉仪测向时存在的相位模糊问题,分析相位差变化值的相位模糊特点,提出一种利用相位干涉仪基线间的参差距离对相位差进行解模糊的方法,讨论正确解模糊的条件、范围以及波达角估计精度与入射角之间的关系,并给出了仿真结果。     

提高卫星导航性能的阵列参数估计算法

针对卫星导航信号参数估计性能严重影响导航定位精度,提出了一种利用电磁偶极子对提高信号波达方向和极化参数估计性能的方法。充分利用接收数据协方差矩阵,通过两次特征分解,由特征分解的特征值进行极化参数估计。利用小圆环子阵导向矢量得到波达方向的粗略而无模糊的估计,大圆环子阵导向矢量得到有模糊的估计,通过解模糊得到精确的无模糊的估计,从而大幅提高了到达角的估计精度。比较了单个圆环阵列和同心圆环阵列的参数估计性能,分析了参数估计精度对抗干扰性能的影响,仿真结果表明参数估计精度的提高有效改善了卫星导航抗干扰的性能。     

GPS接收机精确授时技术研究

导航接收机定位后往往需要将计算得到的本地时与GPS系统时的时间差直接补偿到本地时间系统中,使得二者的时间系统达到同步,但是这种方式无法修正二者之间的频率差异,导致本地时钟在本地时修正后渐渐“漂离”了正确的系统时间,本文采用了DDS的方式控制本地时钟频率,在导航解算得到本地时偏差后,通过一个二阶滤波器,将滤波后的时间偏差...