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基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，屬于衛(wèi)星通信中的干擾源定位領(lǐng)域。針對地面定位系統(tǒng)利用雙星轉(zhuǎn)發(fā)信號對運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位的問題，提出充分利用觀測信息，通過對時(shí)差線上位置參考點(diǎn)的搜索優(yōu)化，得到運(yùn)動干擾源位置的預(yù)估計(jì)值，再使用濾波算法對預(yù)估計(jì)值進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動衛(wèi)星干擾源的定位。該發(fā)明是對目前靜止衛(wèi)星干擾源定位技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動衛(wèi)星干擾源的定位提供了一種可行的思路與方法。
【專利說明】 基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信中的干擾源定位領(lǐng)域，具體說是基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，衛(wèi)星通信已廣泛應(yīng)用于電視轉(zhuǎn)播、通信廣播、導(dǎo)航定位、資源探測、軍事偵察等領(lǐng)域。隨著衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星所處的電磁環(huán)境也日益惡化，射頻干擾事件頻繁發(fā)生，已成為衛(wèi)星通信所要面臨的常見問題，并有愈演愈烈之勢，特別是當(dāng)今越來越依賴空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的信息時(shí)代以及美國提出“進(jìn)入空間，利用空間與控制空間”戰(zhàn)略的激烈競爭年代，衛(wèi)星通信的安全性已成為衛(wèi)星通信運(yùn)營商及其用戶最為關(guān)切的焦點(diǎn)問題。為保障衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信息安全，查找、識別干擾源就顯得尤為重要，準(zhǔn)確地對射頻干擾信號進(jìn)行定位查找與識別，并采取針對性措施對干擾衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的行為進(jìn)行懲罰，是當(dāng)前衛(wèi)星通信系統(tǒng)面臨的新需求。
[0003]衛(wèi)星干擾源定位技術(shù)一般采用雙星定位方法。當(dāng)干擾源對準(zhǔn)被干擾衛(wèi)星實(shí)施干擾時(shí)，干擾源的發(fā)射天線將天線主瓣對準(zhǔn)被干擾衛(wèi)星(稱為主星)，同時(shí)其副瓣不可避免的指向了與被干擾衛(wèi)星臨近的衛(wèi)星(稱為鄰星)?；谶@種情況，就可以利用兩部接收天線對主星和鄰星轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號一起檢測，從而實(shí)現(xiàn)對干擾源的定位。
[0004]國外對衛(wèi)星干擾源定位的研究較早，最早開始于1982年，由英國國防評估研究局(DERA)利用時(shí)間差和頻率差在相關(guān)頻段內(nèi)進(jìn)行干擾源定位的研究，并在1993年對干擾源定位涉及到的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，之后DERA聯(lián)合英國MARLIN國際通訊有限公司研制推出了多衛(wèi)星地面定位系統(tǒng)(SatID)。同時(shí)，美國的相關(guān)研究部門也對這一技術(shù)進(jìn)行了研究，并就其關(guān)鍵技術(shù)在美國申請了多項(xiàng)專利。1999年美國的Interferometrics公司研制成功了用于商業(yè)化的干擾源定位系統(tǒng)(TLSModel2000XSatID系統(tǒng)和TLSModel2000系統(tǒng)均解決了查找地面干擾源的問題，受到了全球各大衛(wèi)星公司、政府和軍事部門的關(guān)注和重視。國內(nèi)對衛(wèi)星干擾源定位的研究起步較晚，多所高校和研究所對衛(wèi)星干擾源定位技術(shù)展開了研究。
[0005]目前的衛(wèi)星干擾源定位技術(shù)主要針對地面靜止干擾源，而隨著衛(wèi)星通信移動平臺的普遍使用，也可能出現(xiàn)以飛機(jī)、艦船、汽車等移動通信平臺為發(fā)射載體的干擾源，此種干擾源的運(yùn)動特性將給衛(wèi)星干擾源定位帶來極大的挑戰(zhàn)，為此很有必要對運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位問題進(jìn)行研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足，提供一種能對運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位的基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，其特點(diǎn)是包括下述步驟:[0009]a.利用當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號到達(dá)主星和到達(dá)鄰星的時(shí)間差，并輔以地球方程，得到與當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)動衛(wèi)星干擾源位置相對應(yīng)的等時(shí)差線；其中，主星是受運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號干擾的地球同步軌道衛(wèi)星，鄰星是與主星鄰近的地球同步軌道衛(wèi)星；
[0010]b.在步驟a中得到的等時(shí)差線上取若干對經(jīng)緯度值，稱為參考點(diǎn)，并在設(shè)定范圍內(nèi)對運(yùn)動衛(wèi)星干擾源的航向值和速度值進(jìn)行搜索，由參考點(diǎn)、航向值和速度值組成參考矢量矩陣，參考矢量矩陣的每一個(gè)元素即為包含了運(yùn)動衛(wèi)星干擾源的經(jīng)緯度、航向及速度的矢量;
[0011]c.利用參考矢量矩陣，構(gòu)造與參考矢量矩陣對應(yīng)的觀測量的預(yù)測矩陣，并將預(yù)測矩陣中的元素與實(shí)際觀測值進(jìn)行比較，優(yōu)化得到最接近實(shí)際觀測量的預(yù)測矩陣元素，再以該元素為線索，倒推出其所對應(yīng)的參考矢量矩陣中的位置參考點(diǎn)，即為運(yùn)動衛(wèi)星干擾源的位置預(yù)估計(jì)值；
[0012]d.對步驟c中得到的預(yù)估計(jì)值進(jìn)行濾波處理，修正因搜索優(yōu)化不準(zhǔn)而產(chǎn)生較大誤差的估計(jì)值，得到當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源位置的估計(jì)值；
[0013]e.更新當(dāng)前時(shí)刻，重復(fù)步驟a~d，得到更新后時(shí)刻的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源位置的估計(jì)值；
[0014]完成對運(yùn)動衛(wèi)星干擾源的定位。
[0015]其中，所述的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源是指對衛(wèi)星實(shí)施干擾的干擾源是運(yùn)動的。
[0016]其中，所述的地面定位系統(tǒng)包括接收兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號的地面接收站和一個(gè)參考輻射源發(fā)射站。
[0017]其中，步驟c中所述的觀測量包括運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號到達(dá)主星、鄰星的到達(dá)時(shí)間差和到達(dá)頻率差以及地面站接收到的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號經(jīng)主星轉(zhuǎn)發(fā)后的信號頻率。
[0018]其中，所述運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號到達(dá)主星、鄰星的到達(dá)時(shí)間差TDOA為:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，是通過借助地面 定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，其特征在于包括以下步驟: a.利用當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號到達(dá)主星和到達(dá)鄰星的時(shí)間差，并輔以地球方程，得到與當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)動衛(wèi)星干擾源位置相對應(yīng)的等時(shí)差線；其中，主星是受運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號干擾的地球同步軌道衛(wèi)星，鄰星是與主星鄰近的地球同步軌道衛(wèi)星； b.在步驟a中得到的等時(shí)差線上取若干對經(jīng)緯度值，稱為參考點(diǎn)，并在設(shè)定范圍內(nèi)對運(yùn)動衛(wèi)星干擾源的航向值和速度值進(jìn)行搜索，由參考點(diǎn)、航向值和速度值組成參考矢量矩陣，參考矢量矩陣的每一個(gè)元素即為包含了運(yùn)動衛(wèi)星干擾源的經(jīng)緯度、航向及速度的矢量; c.利用參考矢量矩陣，構(gòu)造與參考矢量矩陣對應(yīng)的觀測量的預(yù)測矩陣，并將預(yù)測矩陣中的元素與實(shí)際觀測值進(jìn)行比較，優(yōu)化得到最接近實(shí)際觀測量的預(yù)測矩陣元素，再以該元素為線索，倒推出其所對應(yīng)的參考矢量矩陣中的位置參考點(diǎn)，即為運(yùn)動衛(wèi)星干擾源的位置預(yù)估計(jì)值； d.對步驟C中得到的預(yù)估計(jì)值進(jìn)行濾波處理，修正因搜索優(yōu)化不準(zhǔn)而產(chǎn)生較大誤差的估計(jì)值，得到當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源位置的估計(jì)值； e.更新當(dāng)前時(shí)刻，重復(fù)步驟a~d，得到更新后時(shí)刻的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源位置的估計(jì)值； 完成對運(yùn)動衛(wèi)星干擾源的定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，其特征在于:所述的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源是指對衛(wèi)星實(shí)施干擾的干擾源是運(yùn)動的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，其特征在于:所述的地面定位系統(tǒng)包括接收兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號的地面接收站和一個(gè)參考輻射源發(fā)射站。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，其特征在于:步驟c中所述的觀測量包括運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號到達(dá)主星、鄰星的到達(dá)時(shí)間差和到達(dá)頻率差以及地面站接收到的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號經(jīng)主星轉(zhuǎn)發(fā)后的信號頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，其特征在于:所述運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號到達(dá)主星、鄰星的到達(dá)時(shí)間差TDOA為:
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，其特征在于:所述的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號到達(dá)主星、鄰星的到達(dá)頻率差FDOA為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，其特征在于:所述的地面站接收到的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源信號經(jīng)主星轉(zhuǎn)發(fā)后的信號頻率/為:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，其特征在于:所述步驟c中的觀測量的預(yù)測矩陣是由參考矢量矩陣中的每一個(gè)元素，通過公式(I)~(3)計(jì)算得到的值來構(gòu)成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，其特征在于:所述步驟C中的優(yōu)化得到最接近實(shí)際觀測量的預(yù)測矩陣元素，具體為:利用參考矢量矩陣中的每一個(gè)元素，按照公式(I)~(3)計(jì)算與之對應(yīng)的觀測量的預(yù)測矩陣，構(gòu)造函數(shù)盡0^，兄,0|^:)-2(幻|，并求，將該優(yōu)化問題描述如下:
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于搜索優(yōu)化濾波的運(yùn)動衛(wèi)星干擾源定位方法，其特征在于:步驟d中所述的濾波處理，是采用卡爾曼濾波算法對運(yùn)動衛(wèi)星干擾源位置的預(yù)估計(jì)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的。
【文檔編號】G01S5/16GK103885031SQ201410136689
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】李紅偉, 陳建峰, 紀(jì)學(xué)軍 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所