一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法及定位装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法及定位装置，包括：首先获取卫星轨道参数及卫星接收信号相关参数，估计得到卫星接收信号时的空间直角坐标，筛选出被干扰时段可用的采集点并估计对应的信号强度；然后计算卫星在被干扰时段中的覆盖重叠区域，并利用最大最小距离比估计干扰源在覆盖重叠区域内的所在曲线；最后在得到的曲线上利用其余距离比搜索干扰源位置。本发明专利技术充分利用卫星的运动性，不需要地面的辅助装置，实现单星无源定位，对随卫星移动的窄波束跟踪型干扰源也能有效定位。利用卫星接收信号强度数据，只需要全向天线，受卫星位置误差、速度误差和卫星载荷姿态影响小。利用几何特性，缩小干扰源搜索区域，定位速度快。

A direct positioning method and device of satellite interference source based on the rate of change of signal strength

The invention discloses a direct positioning method and a positioning device of satellite interference source based on the rate of change of signal strength, which includes: first, acquiring satellite orbit parameters and relevant parameters of satellite received signals, estimating the space rectangular coordinates of satellite received signals, selecting available acquisition points in the period of being interfered and estimating the corresponding signal strength; then calculating the satellite in the period of being interfered The maximum and minimum distance ratio is used to estimate the curve of the interference source in the coverage overlap area. Finally, the rest distance ratio is used to search the location of the interference source in the obtained curve. The invention makes full use of the mobility of the satellite, does not need the auxiliary device on the ground, realizes the passive positioning of a single satellite, and also can effectively locate the narrow beam tracking interference source moving with the satellite. Only omni-directional antenna is needed to use the received signal strength data, which is less affected by satellite position error, velocity error and satellite load attitude. By using geometric characteristics, the search area of interference source is reduced and the location speed is fast.

【技术实现步骤摘要】
一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法及定位装置
本专利技术涉及卫星定位
，具体涉及一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法及定位装置。
技术介绍
随着空间侦察技术与通信技术的日益发展，对于非合作辐射源和干扰源在星载平台上实现高精度无源定位变得十分重要，其在民用和军事领域具有重要的应用价值。在传统的卫星定位方法中，有时差定位、多普勒频移定位、测向定位等。时差定位需要多星同时定位，要求时间频率同步且能同时被干扰源影响，不适用于定位窄波束卫星干扰源。多普勒频移定位要求卫星速度较快且卫星速度、位置相关数据较为精确，不适用于高轨卫星。测向定位对卫星载荷姿态控制和测量要求较高。近年来，出现了一些直接定位方法提高了已有定位方法的精度，但由于其测量数据未有变化，仍有相关限制。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术要解决的技术问题是：如何利用接收信号强度实现单星定位卫星干扰源的问题。提供了一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法及定位装置，充分利用卫星的运动性，不需要地面的辅助装置，实现单星无源定位，对随卫星移动的窄波束跟踪型干扰源也能有效定位。利用卫星接收信号强度数据，只需要全向天线，受卫星位置误差、速度误差和卫星载荷姿态影响小。利用几何特性，缩小干扰源搜索区域，定位速度快。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法，包括以下步骤：(1)获取卫星轨道参数及卫星接收信号相关参数：包括每秒卫星的空间直角坐标、卫星接收信号时刻t、t时刻卫星接收信号强度p0(t)；(2)利用卫星轨道参数估计得到t时刻卫星接收信号时的空间直角坐标，记为x(t)；(3)利用卫星接收信号强度数据估计卫星被干扰时段，利用卫星接收信号相关参数筛选出此时段可用的采集点集合C及其相对应的时刻集合Tc，并利用量化规则估计C中的采集点的信号强度p(tc)，tc∈Tc；(4)利用卫星轨道参数计算卫星在被干扰时段中的覆盖重叠区域Q；(5)计算干扰源所在圆O；(6)将干扰源所在圆在覆盖重叠区域里的部分作为初始区域，即O∩Q作为初始区域，基于信号强度变化率最相似在初始区域内搜索干扰源，并利用搜索算法解优化问题。进一步的，步骤(2)中在1秒内将卫星轨迹近似于直线，则获得t时刻卫星的空间直角坐标估计其中是t的下整数。进一步的，步骤(3)中可用的采集点集合C及其相对应的时刻集合Tc的筛选方法为：卫星在被干扰源影响的同时也在接收其他信号，将不是干扰源信号的其他信号强度作为噪声，显然噪声不小于0且相对较小；由于噪声，相邻两个信号强度的信号强度变化点将有多个，由于噪声不小于0，有噪声下接收到的信号强度比无噪声下的大，所以当信号强度变化趋势由大变小时，选择最先变小的信号强度变化点；当信号强度变化趋势由小变大时，选择最后变大的信号强度变化点；通过该策略筛选出可用的采集点集合C及其相对应的时刻集合Tc。进一步的，步骤(3)中利用量化规则估计相应的接收信号强度，tc时刻，信号强度估计其中tc+1表示tc时刻后下一个卫星采集时刻。进一步的，步骤(4)中干扰源必定在被干扰时段卫星的覆盖重叠区域内，t时刻卫星的覆盖区域Qt＝{x|xTx(t)>r2,x∈R3,||x||＝r}，其中r为地球半径，x表示覆盖区域中某一点的坐标，被干扰时段内卫星的覆盖重叠区域为：进一步的，步骤(5)中假设信道模型为自由空间传播模型，被干扰时段卫星接收干扰源的信号强度只与卫星与干扰源的距离有关，接收信号强度与距离平方成反比，则其中tcmax时刻采集点是C中信号强度最大的采集点，tcmin时刻采集点是C中信号强度最小的采集点，x*是估计干扰源位置；通过距离平方比得到干扰源所在的一个球面，记则干扰源所在球面球心半径此球面与地球表面交线为一个圆记作O，圆心半径进一步的，步骤(6)中离散化干扰源所在圆，干扰源所在圆所在平面法向量为因为在xoy平面的概率为0，所以用ν1，[1,0,0]，[0,1,0]进行施密特变换，其中e1＝[1,0,0]、e2＝[0,1,0]，得到ν1，α1，α2三个两两正交的单位向量，具体的而言，α1＝e1-ν1Te1ν1，α2＝e2-ν1Te2ν1-α2Te2α2。所以干扰源所在圆上的点xi＝O2+r2cosθiα1+r2sinθiα2，其中θi为xiO2与α1的夹角；对干扰源所在圆等分，每段长接近1km，所以干扰源所在圆上点集合最后用搜索算法求解以下优化问题：得到的解x*就是干扰源估计位置。本专利技术还提供了一种上述定位方法采用的定位装置，该定位装置为无源定位装置，其包括信号采集模块和数据处理模块，数据处理模块执行以下指令：根据信号采集模块接收到的信号强度进行数据预处理，估计被干扰时段采集点的位置坐标，筛选出可用采集点且估计其接收信号强度；根据被干扰时段采集点的位置坐标计算卫星覆盖重叠区域；根据筛选出的信号强度最强和最弱的可用采集点计算出干扰源所在圆；根据筛选出的可用采集点在卫星覆盖重叠区域内干扰源所在圆上基于信号强度变化率最相似搜索干扰源位置。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)能不依靠地面装置，即不需要地面观测站的辅助，利用卫星移动性，实现单星高精度无源定位；(2)只需要全向天线，克服了由于卫星位置和速度不精确导致的定位精度下降问题；(3)能够对覆盖区域小、覆盖区域随卫星移动的窄波束跟踪型干扰源有效定位。附图说明图1是本专利技术方法流程图；图2是本专利技术实施卫星波束型干扰源定位模型图；图3是本专利技术实施确定干扰源所在圆的模型图；图4是本专利技术实施估计干扰源位置散点图；图5是本专利技术实施估计干扰源位置局部放大散点图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明，以下所述，仅为本专利技术中的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本专利技术所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本专利技术的包含范围之内，因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。如图1所示，本专利技术的一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法，包括以下步骤：步骤1：获取卫星轨道参数及卫星接收信号相关参数：包括每秒卫星的空间直角坐标、卫星接收信号时刻t、t时刻卫星接收信号强度p0(t)；如图2所示，单个干扰源发射窄波束信号持续跟踪干扰卫星，假设地球表面近似为一个球面，半径为r＝6371km。干扰源信号强度远大于其他信号强度，同一频段卫星每隔一段时间会采集一次覆盖区域内的信号强度，t时刻卫星接收信号强度p(t)，卫星接收信号强度用n个码值表示1dBm。通过星历可以得到每秒卫星的空间直角坐标。步骤2：利用卫星轨道参数估计得到t时刻卫星接收信号时的空间直角坐标，记为x(t)；在1秒内将卫星轨迹近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)获取卫星轨道参数及卫星接收信号相关参数：包括每秒卫星的空间直角坐标、卫星接收信号时刻t、t时刻卫星接收信号强度p

【技术特征摘要】
1.一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)获取卫星轨道参数及卫星接收信号相关参数：包括每秒卫星的空间直角坐标、卫星接收信号时刻t、t时刻卫星接收信号强度p0(t)；
(2)利用卫星轨道参数估计得到t时刻卫星接收信号时的空间直角坐标，记为x(t)；
(3)利用卫星接收信号强度数据估计卫星被干扰时段，利用卫星接收信号相关参数筛选出此时段可用的采集点集合C及其相对应的时刻集合Tc，并利用量化规则估计C中的采集点的信号强度p(tc)，tc∈Tc；
(4)利用卫星轨道参数计算卫星在被干扰时段中的覆盖重叠区域Q；
(5)计算干扰源所在圆O；
(6)将干扰源所在圆在覆盖重叠区域里的部分作为初始区域，即O∩Q作为初始区域，基于信号强度变化率最相似在初始区域内搜索干扰源，并利用搜索算法解优化问题。


2.根据权利要求1所述的一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法，其特征在于，步骤(2)中在1秒内将卫星轨迹近似于直线，则获得t时刻卫星的空间直角坐标估计其中是t的下整数。


3.根据权利要求1所述的一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法，其特征在于，步骤(3)中可用的采集点集合C及其相对应的时刻集合Tc的筛选方法为：
卫星在被干扰源影响的同时也在接收其他信号，将不是干扰源信号的其他信号强度作为噪声，显然噪声不小于0且相对较小；由于噪声，相邻两个信号强度的信号强度变化点将有多个，由于噪声不小于0，有噪声下接收到的信号强度比无噪声下的大，所以当信号强度变化趋势由大变小时，选择最先变小的信号强度变化点；当信号强度变化趋势由小变大时，选择最后变大的信号强度变化点；通过该策略筛选出可用的采集点集合C及其相对应的时刻集合Tc。


4.根据权利要求1所述的一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法，其特征在于，步骤(3)中利用量化规则估计相应的接收信号强度，tc时刻，信号强度估计其中tc+1表示tc时刻后下一个卫星采集时刻。


5.根据权利要求1所述的一种基于信号强度变化率的卫星干扰源直接定位方法，其特征在于，步骤(4)中干扰源...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴启晖，沈朱彬，李建峰，王正，张小飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32