一种空间多站多体制降维定位方法技术

本发明专利技术涉及测量技术领域，尤其涉及一种空间多站多体制降维定位方法，该方法采用多站定位系统实现，所述多站定位系统包括主观测装置和多个从观测装置，所述主观测装置和所述从观测装置均用于获取含有电磁信号源信号特征的观测量，且所述多站定位系统获取的不同观测量不少于五种，所述主观测装置定期与各所述从观测装置通信，获取各观测量并进行信号源定位。本发明专利技术能够对不同信号源位置选取最合适的定位体制，充分利用观测资源，提升对信号源的定位精度，并通过降低矩阵计算维度实现计算量缩减。

A method of space multi station and multi system dimension reduction and location

【技术实现步骤摘要】
一种空间多站多体制降维定位方法
本专利技术涉及测量
，尤其涉及一种空间多站多体制降维定位方法。
技术介绍
空间对地信号源定位技术可以实现对地面电磁信号源的观测。地面电磁信号源是指能够对外辐射电磁信号的设备，包括长短波电台、无线电视塔、移动通信信号塔等固定电磁信号源，还包括车载电台、车载基站等移动辐射源。空间平台可根据监测区域的规模及复杂程度进行选择，采用常见飞行平台，如无人飞行器等。空间平台通过感知电磁信号的特征，实现对地面电磁信号源信息的观测。电磁信号源的定位可以根据观测量的不同选取不同的定位体制。简单系统可以使用单一电磁信号侦收定位体制进行定位，常见的定位体制包括时差定位体制、频差定位体制、测向定位体制等。进一步地，也可以根据电磁信号源分布情况综合使用多种定位体制进行定位。在空间环境中利用多种观测量进行定位，可以结合各种定位体制的优势。然而，在复杂的电磁环境(如城市人流集中区)中，电磁信号源存在于待测量区域的不同地点，同一种定位体制对不同区域的电磁信号源定位精度不同，难以保证定位的有效性和准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种针对电磁信号源的实际位置选取最合适定位体制的多观测量定位方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种空间多站多体制降维定位方法，该方法采用多站定位系统实现，所述多站定位系统包括主观测装置和多个从观测装置，所述主观测装置和所述从观测装置均用于获取含有电磁信号源信号特征的观测量，且所述多站定位系统获取的不同观测量不少于五种，至少包括电磁信号到达时间，所述主观测装置定期与各个所述从观测装置通信，获取各观测量并进行降维定位；降维定位包括如下步骤：S1、所述主观测装置与各个所述从观测装置通信，获取所有有效观测量，根据各个不同观测量，得到电磁信号源位置向量X的各个观测方程式，总计M个；S2、所述主观测装置对M个观测方程式分别求导，得到1×3维向量，表达式为：其中，电磁信号源位置向量L为电磁信号源纬度，B为电磁信号源经度，H为电磁信号源高程信息，j＝1、2、…M；S3、将M个1×3维向量组合为M×3维的雅克比矩阵A，表达式为：解算上述矩阵A的奇异值，得到最大奇异值σmax及最小奇异值σmin，计算其比值表达式为：K＝σmax/σmin；任意选取矩阵A中三行，按列排列其相应的1×3维向量进行组合，得到个不同的3×3的观测矩阵Qa；S4、逐个计算每个观测矩阵Qa的矩阵的最大奇异值与最小奇异值的比值ka，并与K比较，当ka<K时，用ka更新K，最终选出最小的比值对应的观测矩阵Qa_min；S5、通过最终选出的观测矩阵Qa_min及其对应的观测量进行定位，确定电磁信号源位置。优选地，所述步骤S1中，所述主观测装置与各个所述从观测装置通信，获取所有有效观测量时，识别所述多站定位系统中失效的从观测装置以及正常运行的从观测装置，从正常运行的从观测装置获取观测量。优选地，所述多站定位系统中，所述主观测装置和所述从观测装置均具备时间计时、自身速度测量、自身加速度测量功能，能够提取电磁信号到达时间、频率。优选地，所述多站定位系统中，所述主观测装置和各个所述从观测装置通过无线方式通信，所述主观测装置用于获取无线通信信号，并根据无线通信信号测量相对延时、相对频偏，计算相对距离、相对速度。优选地，所述多站定位系统中，所述主观测装置还用于利用无线通信信号实现时间同步。优选地，所述多站定位系统中，所述主观测装置和各个所述从观测装置设有全球定位系统芯片，用于获得其自身相对于定位系统坐标的位置、速度信息。优选地，所述多站定位系统中，所述主观测装置设有加速度测量芯片，用于获得其自身对于俯仰、方位、滚转三向的姿态信息。优选地，所述主观测装置前端设有圆形阵天线，所述圆形阵天线包括多个天线单元，各个所述天线单元沿圆形周向均匀间隔分布，能够提取电磁信号到达相位。优选地，所述步骤S1中，根据各不同观测量得到电磁信号源位置向量X的各个观测方程式时，得到的观测方程式包括到达时间差观测方程、频率差观测方程及到达角度观测方程。优选地，所述步骤S1中，根据各不同观测量得到电磁信号源位置向量X的各个观测方程式时，得到的观测方程式还包括相位差变化率观测方程，所述相位差变化率观测方程以电磁信号到达相位差变化率信息作为观测量得到。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种空间多站多体制降维定位方法，该方法采用多站定位系统实现，包括主观测装置和多个从观测装置，主观测装置进行信息汇总及信号源信号特征获取，从观测装置仅进行信号源信号特征获取，主观测装置和从观测装置获取多种观测量后，通过筛选，针对多种观测量构成的定位矩阵，通过降低矩阵计算维度实现计算量缩减，对不同信号源位置选取最合适的定位体制，充分利用观测资源并减小计算量，提升对电磁信号源的定位精度。附图说明图1是本专利技术实施例中一种多站定位系统示意图；图2是本专利技术实施例中一种空间多站多体制降维定位方法流程示意图；图3是本专利技术实施例中一种圆形阵天线示意图。图中：1：主观测装置；2：从观测装置；3：电磁信号源。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1至图3所示，本专利技术实施例提供的一种空间多站多体制降维定位方法，采用多站定位系统实现，多站定位系统包括主观测装置1和多个从观测装置2，主观测装置1和从观测装置2均用于获取含有电磁信号源3信号特征的观测量，且多站定位系统总计获取的不同观测量不少于五种，优选包括电磁信号到达时间。主观测装置1定期与各个从观测装置2通信，获取各观测量并进行降维定位，对不同区域的电磁信号源3的实际位置选取最合适的定位体制。图1示出了一种多站定位系统，包括设于空间平台的主观测装置1和若干个从观测装置2，主观测装置1进行信息汇总及信号源信号特征获取，从观测装置2仅进行信号源信号特征获取。如图2所示，降维定位具体包括如下步骤：S1、主观测装置1与各个从观测装置2通信，获取多站定位系统可获取的所有有效观测量，根据各个不同观测量，得到所测量的电磁信号源3位置向量X的各个观测方程式，不同的观测量得到不同的观测方程，根据实际情况总计M个，M为大于等于5的正整数。多站定位系统中，各个从观测装置2彼此之间相比较，或与主观测装置1相比较，可以获取相同的观测量，也可以获取不同的观测量，通常情况下，有效运作的从观测装置2多，相应的，可获取的有效观测量也多。因此，该多站定位系统可获取的所有有效观测量，根据其主观测装置1与各个从观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间多站多体制降维定位方法，其特征在于，采用多站定位系统实现，所述多站定位系统包括主观测装置和多个从观测装置，所述主观测装置和所述从观测装置均用于获取含有电磁信号源信号特征的观测量，且所述多站定位系统获取的不同观测量不少于五种，所述主观测装置定期与各个所述从观测装置通信，获取各观测量并进行降维定位；/n降维定位包括如下步骤：/nS1、所述主观测装置与各个所述从观测装置通信，获取所有有效观测量，根据各个不同观测量，得到电磁信号源位置向量X的各个观测方程式，总计M个；/nS2、所述主观测装置对M个观测方程式分别求导，得到1×3维向量，表达式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种空间多站多体制降维定位方法，其特征在于，采用多站定位系统实现，所述多站定位系统包括主观测装置和多个从观测装置，所述主观测装置和所述从观测装置均用于获取含有电磁信号源信号特征的观测量，且所述多站定位系统获取的不同观测量不少于五种，所述主观测装置定期与各个所述从观测装置通信，获取各观测量并进行降维定位；
降维定位包括如下步骤：
S1、所述主观测装置与各个所述从观测装置通信，获取所有有效观测量，根据各个不同观测量，得到电磁信号源位置向量X的各个观测方程式，总计M个；
S2、所述主观测装置对M个观测方程式分别求导，得到1×3维向量，表达式为：



其中，电磁信号源位置向量L为电磁信号源纬度，B为电磁信号源经度，H为电磁信号源高程信息，j＝1、2、…M；
S3、将M个1×3维向量组合为M×3维的雅克比矩阵A，表达式为：



解算上述矩阵A的奇异值，得到最大奇异值σmax及最小奇异值σmin，计算其比值表达式为：
K＝σmax/σmin；
任意选取矩阵A中三行，按列排列其相应的1×3维向量进行组合，得到个不同的3×3的观测矩阵Qa；
S4、逐个计算每个观测矩阵Qa的矩阵的最大奇异值与最小奇异值的比值ka，并与K比较，当ka<K时，用ka更新K，最终选出最小的比值对应的观测矩阵Qa_min；
S5、通过最终选出的观测矩阵Qa_min及其对应的观测量进行定位，确定电磁信号源位置。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述主观测装置与各个所述从观测装置通信，获取所有有效观测量时，识别所述多站定位系统中失效的从观测装置以及正常运行的从观测装置，从正常运行的从观测装置获取观测量。


3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳琪，李虎，高路，白锦良，孙恒，刘洪艳，孙瑞祺，秦鹏，江志烨，曹阳，刘成国，徐锋，王上月，陈姝媛，郭磊，牛振红，李志锋，杜润乐，赵忠凯，蒋伊琳，高敬鹏，梁伟，周宏潮，刘雪梅，陆伟，
申请(专利权)人：北京航天长征飞行器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11