低轨双星无源定位差分方法的研究

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未知辐射源的精确定位在定位跟踪、搜寻和营救中具有广泛的应用，而对地面未知辐射源的定位主要采用低轨卫星，其定位体制主要有三种：单星测向定位、双星时间差\频率差联合定位以及多星时间差定位。相比三星定位体制而言双星定位具有平台少、成本低以及降低了系统实现难度等优势，同时又相对于单星定位体制而言，其定位精度更高。但是，由于卫星转发器通常存在未知的信号转发时延和频率搬移，导致测量参数存在较大的系统误差，从而降低了双星定位系统的定位精度。因此，本文主要以双星时差\频差联合定位体制为研究平台，分别研究了地基单站观测量差分、基于虚拟参考站的观测量差分和天基多星的误差改正方法。本文的主要研究内容概括如下：地基单站差分主要是借鉴差分全球定位系统的思想，在地面上建立多个位置和发射频率都已知的参考站。当地面未知辐射源和地面合作参考站发射的信号同时被低轨双星探测后，双星系统就能够生成出该地面未知辐射源系统误差的差分改正数，最后利用改正后的测量时差和频差确定地面未知辐射源的位置。仿真结果表明这种方法能够完全改正时差和频差的系统误差，在很大程度上削弱了星历误差，同时文中利用该差分技术分别分析了差分站与未知辐射源在各种方位以及两者之间的基线长度对辐射源定位精度的影响。针对地基差分系统，文中采用了一种能够合理的利用多个地面已知参考站信息的方法：基于虚拟参考站的观测量差分。该方法是一种极短基线的差分技术，主要思想是利用合作辐射源在未知辐射源附近建立一个物理上并不存在的虚拟参考站，然后再利用该虚拟参考站去修正未知辐射源的测量时差和频差的系统误差。通过仿真分析，虚拟参考站处构建的虚拟时差误差小于构建的虚拟频差误差，并且利用该方法对未知辐射源的测量时间差和频率差的改正精度分别达到97℅和95℅，从而使得星下点两侧的大部分区域的定位精度均优于3km。在天基多星的误差改正方法中，文中给出了一种新的误差修正方法，即利用多颗导航卫星来联合对双星时差和频差系统误差进行求解。具体来说，论文先利用多颗导航卫星包括 GPS卫星和北斗卫星计算出两颗低轨双星的测量时间误差、测量频率差误差以及相对星历误差，然后再利用计算出的改正信息去修正同一时刻未知辐射源的测量时间差和测量频率差误差。分析可以知，该算法的计算复杂度与导航卫星个数呈线性关系。通过仿真分析，当导航卫星不存在星历误差时，采用基于多星的天基差分改正技术可以使定位精度提高10倍左右。因此，基于多星的天基误差修正方法能够应用于低轨双星无源定位系统。

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作者
李刚;
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作者单位

桂林电子科技大学;

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授予单位桂林电子科技大学;
学科信息与通信工程
授予学位硕士
导师姓名李思敏;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN9;
关键词
低轨; 双星无源定位;

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