一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA的折射修正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA的折射修正方法，包括如下步骤：（1）建立量测TDOA修正数学模型；（2）基于已知大气环境信息，建立电波传播视在距离差计算数学模型；（3）基于建立的量测TDOA修正数学模型和电波传播视在距离差计算数学模型，利用迭代算法对卫星外辐射源雷达量测TDOA进行折射修正；本发明专利技术提供了一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA的折射修正方法，该方法可在基于卫星外辐射源雷达对目标进行时差定位时进行TDOA量测值的大气折射误差修正，利用已知的环境信息对TDOA量测值进行折射误差修正，可进一步提高雷达的目标定位精度。

A refraction correction method based on the measurement of TDOA by the radar of external radiation source of satellite

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA的折射修正方法
本专利技术属于大气折射效应研究及应用领域，特别涉及该领域中的一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA(到达时间差)的折射修正方法。
技术介绍
基于卫星外辐射源雷达可以利用卫星辐射信号实现对同一目标不同卫星外辐射源TDOA的量测，继而实现目标的定位。辐射信号及目标散射信号在传输过程中受到大气折射效应影响，使得接收站测量到的到达时间差(到达时间差乘以光速即为视在距离差，后续均用视在距离差描述)与用于定位的理想到达时间差(时间差乘以光速即为距离差，后续均用距离差描述)存在折射误差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA的折射修正方法。本专利技术采用如下技术方案：一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA的折射修正方法，其改进之处在于，包括如下步骤：(1)建立量测TDOA修正数学模型；地面雷达接收站R接收至少3个卫星外辐射源辐射信号实现目标探测与定位，假设接收天线坐标为[xRyRzR]，卫星Vi的坐标为i＝1，2，3，接收站R实际测得的为从第i个卫星到目标T再从目标T到接收站R与从第i个卫星直接到接收站R电波传播的时间差，也就是传播群距离差，或称为视在距离差；为卫星Vi相对于接收站R的视在距离，二者的真实距离为：为目标T相对于接收站R的视在距离，当目标散射Vi卫星信号时，二者的真实距离记为SRT：为目标T相对于卫星Vi的视在距离，二者的真实距离记为不考虑接收系统测量误差，则接收站测量到的时间差，即视在距离差为：由于辐射信号在传输过程中受到大气折射效应的影响，式(4)中接收站测量到的视在距离差为Pi，而用于定位的理想距离差应为：折射误差为：Δi＝Pi-Si，i＝1，2，3(62)为了使定位准确，需要估算出折射误差Δi，对量测值进行修正，即：(2)基于已知大气环境信息，建立电波传播视在距离差计算数学模型；(21)建立目标T所在位置相对于卫星Vi所在位置电波传播视在距离计算的数学模型；假设目标T位置为[xTyTzT]，则可以计算出目标T海拔高度hT：rE——地球半径；[xCyCzC]——地心坐标；式(4)量测值Pi中的计算公式如下式(8)所示：h_——低层大气与电离层分界的海拔高度，60km；h——电波射线上某点的海拔高度；n——h处的折射指数；——卫星Vi处的海拔高度，——处的折射指数；——目标相对于卫星Vi的视在俯角，可根据下面方法计算：目标T和卫星Vi的地心张角为：而与有如下关系：可根据式(10)采用逐次逼近法求出在用逐次逼近法求时，目标T相对于卫星Vi的真实俯角可作为初始值，如下式所示：(22)建立目标T所在位置相对于雷达接收站R所在位置电波传播视在距离计算的数学模型；式(4)量测值Pi中的计算公式如式(11)所示：hR——地面接收站R接收天线的海拔高度；nR——hR处的折射指数；——目标散射卫星Vi信号时，目标T相对于接收站R的视在仰角，可根据下面方法计算：目标T和接收站R的地心张角为：而与θRT(Vi)有如下关系：可根据式(13)采用逐次逼近法求出在用逐次逼近法求时，目标T相对于接收站R的真实仰角αRT可作为初始值，如下式所示：(23)建立卫星Vi所在位置相对于雷达接收站R所在位置电波传播视在距离计算的数学模型；式(4)量测值Pi中的计算公式如式(14)所示：式(14)中是卫星Vi相对于接收站R的视在仰角，可根据下面方法计算：卫星Vi和接收站R的地心张角为：而与有如下关系：可根据式(16)采用逐次逼近法求出在用逐次逼近法求时，卫星Vi相对于接收站R的真实仰角可作为初始值，，如下式所示：由此，可根据式(4)求解量测视在距离差Pi；(3)基于建立的量测TDOA修正数学模型和电波传播视在距离差计算数学模型，利用迭代算法对卫星外辐射源雷达量测TDOA进行折射修正；(31)由式(1)计算出卫星Vi相对于接收站R的真实距离由式(15)计算由式(16)计算由式(14)计算出卫星Vi相对于接收站R的视在距离(32)令j＝1表示当前为第1次迭代，令(33)将Si(j)带入式(5)，求解出目标T的位置[xT(j)yT(j)zT(j)]；(34)由式(7A)求出目标T的海拔高度hT(j)，由式(2)、式(3)分别求出目标T相对于接收站R的真实距离SRT(j)、目标T与卫星Vi的真实距离(35)由式(9)求出由式(10)求出由式(8)求出卫星Vi相对于目标T的视在距离(36)由式(12)求出由式(13)求出由式(11)求出当目标T散射Vi卫星信号时，目标T相对于接收站R的视在距离(37)由式(4)计算雷达接收站测量的视在距离差Pi(j)，由式(5)计算当前假设下的理想距离差Si(j)；(38)由式(6)求出折射误差Δi(j)＝Pi(j)-Si(j)，并更新Si(j+1)＝Pi-Δi(j)；(39)令j＝j+1；(310)重复执行步骤(33)—步骤(39)；(311)N次迭代后，当|Si(N)-Si(N-1)|＜10-8时，i＝1，2，3，则终止迭代，最终折射误差为Δi＝Pi-Si(N)；(312)利用得到的折射误差Δi对量测值进行修正，即：进一步的，步骤(21)中地心张角步骤(22)中地心张角和地心张角的单位均为rad。进一步的，在步骤(311)中，ε取决于折射误差修正的精度要求。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA的折射修正方法，该方法可在基于卫星外辐射源雷达对目标进行时差定位时进行TDOA量测值的大气折射误差修正，利用已知的环境信息对TDOA量测值进行折射误差修正，可进一步提高雷达的目标定位精度。附图说明图1是大气折射几何关系示意图；图2是本专利技术实施例1所公开方法的流程示意框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1，如图2所示，本实施例公开了一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA的折射修正方法，包括如下步骤：(1)建立量测TDOA修正数学模型；地面雷达接收站R接收至少3个卫星外辐射源辐射信号实现目标探测与定位，如图1所示，假设接收天线坐标为[xRyRzR]，卫星Vi的坐标为i＝1，2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA的折射修正方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)建立量测TDOA修正数学模型；/n地面雷达接收站R接收至少3个卫星外辐射源辐射信号实现目标探测与定位，假设接收天线坐标为[x

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星外辐射源雷达量测TDOA的折射修正方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立量测TDOA修正数学模型；
地面雷达接收站R接收至少3个卫星外辐射源辐射信号实现目标探测与定位，假设接收天线坐标为[xRyRzR]，卫星Vi的坐标为接收站R实际测得的为从第i个卫星到目标T再从目标T到接收站R与从第i个卫星直接到接收站R电波传播的时间差，也就是传播群距离差，或称为视在距离差；

为卫星Vi相对于接收站R的视在距离，二者的真实距离为：




为目标T相对于接收站R的视在距离，当目标散射Vi卫星信号时，二者的真实距离记为SRT：




为目标T相对于卫星Vi的视在距离，二者的真实距离记为



不考虑接收系统测量误差，则接收站测量到的时间差，即视在距离差为：



由于辐射信号在传输过程中受到大气折射效应的影响，式(4)中接收站测量到的视在距离差为Pi，而用于定位的理想距离差应为：



折射误差为：
Δi＝Pi-Si，i＝1,2,3(62)
为了使定位准确，需要估算出折射误差Δi，对量测值进行修正，即：



(2)基于已知大气环境信息，建立电波传播视在距离差计算数学模型；
(21)建立目标T所在位置相对于卫星Vi所在位置电波传播视在距离计算的数学模型；
假设目标T位置为[xTyTzT]，则可以计算出目标T海拔高度hT：



rE——地球半径；[xCyCzC]——地心坐标；
式(4)量测值Pi中的计算公式如下式(8)所示：



h_——低层大气与电离层分界的海拔高度，60km；
h——电波射线上某点的海拔高度；
n——h处的折射指数；

——卫星Vi处的海拔高度，

——处的折射指数；

——目标相对于卫星Vi的视在俯角，可根据下面方法计算：
目标T和卫星Vi的地心张角为：



而与有如下关系：



可根据式(10)采用逐次逼近法求出在用逐次逼近法求时，目标T相对于卫星Vi的真实俯角可作为初始值，如下式所示：



(22)建立目标T所在位置相对于雷达接收站R所在位置电波传播视在距离计算的数学模型；
式(4)量测值Pi中的计算公式如式(11)所示：



hR——地面接收站R接收天线的海拔高度；
nR——hR处的折射指数；

——目标散射卫星Vi信号时，目标T相对于接收站R的视在仰角，可根据下面方法计算：
目标T和接收站R的地心张角为：

【专利技术属性】
技术研发人员：蔚娜，杨军波，陈馨，李雪，冯静，鲁转侠，郭晓彤，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37