利用互模糊函数联合估计的双星高精度定位技术

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交点 # 产生定位模 糊 $ 可 以 通 过 在 卫 星 对 地 面 的 左 右 侧 安 利用比幅原理实现去模糊 # 判断目标是在哪一 装两组天线 # 侧 $ 图中方形点所表示的位置为目标位置所在 $ 完成定位 $ :’ <! 定位精度分析 根据定位原理 # 双星定位的定位精度 主 要 取 决 于 时 差, 频差 + 卫星位置和速度的测量精度 $ 时差是由路径距离差引起的 # 所以 # 时差测量误差对定 位精度的影响可以转化为距离差对定位 精 度 的 影 响 $ 距 离
! " # $ % & ’ ( ) ) * ’ ( ) # + & ’ * # ,’ ( + , # ) # % * , 1 # % %& 2 3 * 0 * ’ . /0 .+ . / 4 0 , + ’ * # ,5 # * , ’ ( % ’ * 2 & ’ * # ,
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利用互模糊函数联合估计的双星高精度定位技术
朱伟强 !黄培康 !张 ! 朝
! 中国航天科工集团公司 " # < : : 研究所 "江苏 南京 ! : ) ) ) @
围绕解决高精度时差"频差测量的技术问题 ! 建立 !! 摘 ! 要 !针对高精度双星定位系统对参数测量精度的需求 ! 了利用双星对地面辐射源定位模型 ! 通过定 位 精 度 分 析 ! 给 出 了 高 精 度 定 位 对 时 差"频 差 测 量 精 度 的 要 求 # 通 过 分析高精度时差"频差测量的各种方法和技术途径 ! 提出了一种利用互模糊 函 数 进 行 时 差"频 差 联 合 估 计 的 方 法 # 仿真实验结果表明该方法可以适应各种脉冲信号类型 ! 测量精度较高 # 关键词 !双星定位 $时差测量 $频差测量 $互模糊函数 中图分类号 ! F ( # < ?GH @!!!! 文献标识码 ! I
F 冲达到的时刻 % 卫星 : 的 位 置 坐 标 为 ’ % % * % # $ ? > 7 :Y) : : : F 速度矢量为 !# 卫星 ! 的位置坐标为 ’ % % * % # $ Y) ? > 7 ! ! ! ! F 速度矢量为"% 所求的被测目标位置设为 ’ $ %Y ) ?% >* 7%
() 测量误差 # F 的影响可表示为 ! ! 对定位误差 #
1
F AG # # ! 1 1
式 中! G Y !
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/ 1 GH 1 G+ 1 $
!!!源自!’ ’ ’距 离 差 曲 线 位 移 系 数#
’ ’ 距离差的梯度在球面上的幅度 分 量 # / 1 GH 1 G+ 1’ $
图 :! 双星定位几何模型
’ $ $ U % I A #% C# A3B F # C #% C# #A ! : ! :
% ?C? & D % >C> & C 7C7 & D % $ % ?C? & D % >C> & 7C7 & D % $
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式中 ! ’ ’信 号 到 达 时 间 差 % F U % I’ . 4 0 /7 4 Q Q / 5 / 2 8 /% Q6 5 5 4 ; ’ ’ 光速 $ & # 3’ R 6 & 频差是因为卫星相对与被测辐射源有 不 同 的 径 向 速 度 而产生不同的多普勒 频 移 # 所以两卫星接收到信号的频差 可表示为
! ! ! ! ? D7 D> A @
3 式 中! ’ ’ ’频 差 曲 线 位 移 系 数# G Y 5 ! ! / 5! GH 5 G+ 5 *$
! ! ! ’ ’ ’ 频率 差 的 梯 度 在 球 面 上 的 幅 度 分 / 5 GH 5 G+ 5 $
. 4 % 2% 6 2 7 . % % & R / . B /B 4 B9 5 / 8 4 4 % 29 6 5 6 0 / . / 50 / 6 C 5 / 0 / 2 . 5 % S & / 0% . B / . D % ; 6 . / & & 4 . / & % 8 6 . 4 % 2 . / 8 B 2 % & % 4 4 2 ; 3 9 3 , . 5 % 7 C 8 / 7’ T % 8 6 . 4 % 20 % 7 / & 4 / . 6 S & 4 B / 76 2 7 & % 8 6 . 4 % 29 5 / 8 4 4 % 24 0 C & 6 . 4 % 2 4 -9 5 % 8 / / 7 ’ F B /6 Q Q / 8 . % Q R 6 5 4 % C -9 6 ; % ( % 5 6 0 / . / 5 C 8 B6 -F U % I V U % I0 / 6 C 5 / 0 / 2 . 5 / 8 4 4 % 26 2 76 . / & & 4 . / -% 5 S 4 . 4 -9 5 % % / 7 ’ W 6 / 7% 2 . B /6 2 6 & 4 9 9 , ( % ( V U % I0 / 6 C 5 / 0 / 2 .0 / . B % 7 6F U % I V U % IX % 4 2 ./ . 4 0 6 . 4 % 20 / . B % 7C 4 2 % QR 6 5 4 % C -B 4 B9 5 / 8 4 4 % 2F U % I 3 3 8 5 % -6 0 S 4 C 4 . Q C 2 8 . 4 % 2 4 -9 5 % % / 7 ’ F B / 4 0 C & 6 . 4 % 25 / C & . 4 2 7 4 8 6 . / . B 6 . . B /0 / . B % 7 4 C 4 . / 7 . %0 6 2 4 2 7 -% Q 3 , 9 ,P 4 2 6 & -6 2 7 4 . -0 / 6 C 5 /9 5 / 8 4 4 % 2 4 -B 4 B / 5 ’ 3 3 ’ # ! # 7 ( # 1 8 % . D % ; 6 . / & & 4 . / & % 8 6 . 4 % 2 . 4 0 /7 4 Q Q / 5 / 2 8 /% Q 6 5 5 4 R 6 & F U % I"0 / 6 C 5 / 0 / 2 . Q 5 / C / 2 8 4 Q Q / 5 / 2 8 /% Q E ,7 /" ! # V U % I"0 / 6 C 5 / 0 / 2 . 8 5 % -6 0 S 4 C 4 . C 2 8 . 4 % 2 6 5 5 4 R 6 & 3 ,Q
收稿日期 ! ! ) ) < ) " : <# 修回日期 ! ! ) ) * ) ? ! @$
假设辐射源到达两颗卫星时差为: % 频差为@) % " )" ) )K A 理论上它们确定的 两 个 曲 线 及 相 交 的 示 意 图 如 图 ! 所 示 $ 这组曲线在球面上相 交 于 四 个 点 % 根据时差频差的正负情 况% 可以剔除掉图中左半边的两个交点 % 还剩下右边的两个
:! 定位原理及定位精度分析
:’ :! 双星定位工作原理 双星定 位 方 法 的 几 何 模 型 如 图 : 所 示 % 卫 星 :& 卫星! 同轨道或者在相近的轨道同向运行 $ 两颗 卫 星 速 度 分 别 为 位置分 别 为 # 和# $辐射源所在的位置是地面 ! 和"% $ $ : ! 的 % 点 $ 由于 % 点到两星的路 径 长 度 不 同 % 将产生到达时 间差 $ 同时由于两星相对与地面辐射源的 径 向 运 动 速 度 不
利用式 % & 就可以 把 对 定 位 误 差 和 距 离 差 测 量 误 差 联 系 起 > 来 $ 在星下点轨迹 的 两 端 # 可测范围的边缘部位的定位误 差最大 $ 在靠 近 星 下 点 # 定 位 精 度 最 好$具 体 情 况 如 图 ? 所示 $
图 !! 两曲线相交的示意图
:( ;! 定位模型的建立 根据定位原理 # 时差是由被测辐射源到两卫星间的路 径差异引起的 # 可得时差方程如下