單星定位中測向精度增強(qiáng)技術(shù)

虎雷 李軍 李永明 李圣安

摘要：介紹了一種單星無源定位方法，即雙長基線干涉儀測向技術(shù)。在對其測向原理與解模糊方法的研究基礎(chǔ)上，分析誤差因素，提出一種適用于此測向方式的標(biāo)校技術(shù)，該技術(shù)可消除相位差測量中的系統(tǒng)誤差與衛(wèi)星姿態(tài)誤差，提高衛(wèi)星的定位能力。

關(guān)鍵詞：無源定位；相位干涉儀；解模糊；標(biāo)校技術(shù)

中圖分類號：TN971 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0117-02

1 引言

目前，電子偵察衛(wèi)星監(jiān)測地面輻射源的主要方式有三星時差定位法、雙星時差/頻差聯(lián)合定位法和單星測向定位法等。單星測向定位技術(shù)作為電子偵察衛(wèi)星的一種重要手段，相對多星定位具有定位速度快、工作方式簡單等特點(diǎn)，對其進(jìn)行研究具有重要意義。

針對單星無源定位的研究中，大致分為以下幾類，一類是利用相對運(yùn)動引起的多普勒信息進(jìn)行定位，如單星僅測脈沖到達(dá)時間（TOA）無源定位法[1]、單星僅測頻無源定位法[2]以及單星測多普勒變化率無源定位法[3]，雖然該類方法所需設(shè)備量少，但是對信號形式的要求比較嚴(yán)格，如分別要求發(fā)射信號的脈沖重復(fù)頻率固定和載頻固定等。另一類是利用干涉儀進(jìn)行測向的無源定位系統(tǒng)，可以利用通道間接收信號的互相關(guān)消除信號波形的影響，對信號形式的適應(yīng)能力強(qiáng)，且可以利用長基線提高性能增益，因此更具有工程實(shí)用價值。

二維干涉儀測向定位在無源定位中比較常見[4]，該方法可單次定位，適用性比較廣。二維干涉儀工作至少需要兩組基線，即3個陣元與接收通道，基線長短與目標(biāo)頻率有直接關(guān)系。對于較寬的頻率范圍，固定的基線在相位差測量過程中難免會出現(xiàn)模糊現(xiàn)象，本文提出一種正交雙基線測向法，該方法通過增加2組基線，并設(shè)計(jì)基線長度，消除相位差模糊。在測向過程中，由于相位差測量誤差及衛(wèi)星姿態(tài)誤差的存在，會對定位結(jié)果產(chǎn)生影響[5]，本文提出一種定位增強(qiáng)技術(shù)，該方法利用雙地面站對衛(wèi)星進(jìn)行標(biāo)校，通過聯(lián)立求解出系統(tǒng)中特定的相位差測量誤差與姿態(tài)誤差。

2 正交雙基線測向定位原理及數(shù)學(xué)模型

2.1 干涉儀測到達(dá)角原理

正交雙基線通過分別測量x與y軸上入射信號的到達(dá)角，如圖1所示，A、B、C為x軸上的三個接收天線陣元，其間距分別為d11、d12，入射信號與該軸向的夾角為θ。設(shè)入射信號的波長為λ，在無模糊的情況下，A、B兩陣元測得的信號相位差φ為：

上面兩組式中存在六個未知量，我們只需再建立四組方程式便可以計(jì)算出各個誤差值，按照這個思路，只需建立兩個地面站就可以滿足求解條件。

假設(shè)在衛(wèi)星可測范圍內(nèi)存在A、B兩個地面站，發(fā)射相同頻率的信號，通過衛(wèi)星接收并進(jìn)行定位處理后，將定位結(jié)果下傳，然后通過數(shù)據(jù)處理中心結(jié)合星歷與地理信息，計(jì)算出定位系統(tǒng)的測相誤差與姿態(tài)誤差，而后對系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)校，消除固有誤差量。

4 仿真分析

假設(shè)A，B兩站的位置相對衛(wèi)星為（方位角36度，俯仰角45度）、（方位30度，俯仰36度），目標(biāo)實(shí)際位置為（方位25度，俯仰角30度）。

場景一的仿真條件：相位差測量誤差為25度，姿態(tài)誤差為2度。

場景二的仿真條件：相位差測量誤差為30度，姿態(tài)誤差為1度。通過這兩種場景的仿真結(jié)果（如圖2和圖3所示）可以看出，標(biāo)校前的測向誤差比較大，而通過標(biāo)校后，測向精度有了較大的提高。

5 結(jié)語

本文通過對二維干涉儀的研究，提出在單星無源定位中，可利用地面標(biāo)校系統(tǒng)消除位相差測量過程中的系統(tǒng)誤差和衛(wèi)星的姿態(tài)誤差，提高測向精度。仿真試驗(yàn)中，只引入兩個基線上的相位差測量誤差，而在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)系統(tǒng)具體的相位差測量機(jī)制和測向機(jī)制，查找存在的固有誤差種類，適當(dāng)?shù)卦黾拥孛鏄?biāo)校站的個數(shù)。

參考文獻(xiàn)

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[2]陸安南，孔憲正.單星測頻無源定位法[J].通信學(xué)報(bào)，2004，25（9）：160-168.

[3]張敏，馮道旺，郭福成.基于多普勒變化率的單星無源定位[J].航天電子對抗，2009，25（5）：11-13.

[4]袁孝康.相位干涉儀測向定位研究[J].上海航天，1999，（3）：1-7.

[5]張文旭，司錫才，蔣伊琳.相位干涉儀測向系統(tǒng)相位誤差研究[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2006，（11）：1631-1632，1640.