星载单星测频无源定位接收机试验方法技术

本发明专利技术公开了一种星载单星测频无源定位接收机试验方法。该方法包括步骤：仿真计算卫星多个历元时刻的位置和速度；给定信号源的位置和发射频率，计算每个历元时刻所对应的卫星与信号源之间的多普勒频率；信号源向星载单星测频无源定位接收机发射包括有历元时刻信息的信号；星载单星测频无源定位接收机接收并解析信号源信号，获取多普勒频率和历元时刻信息；计算信号源的位置；基于信号源的位置给定值和位置计算值，计算确定星载单星测频无源定位接收机的定位精度。本发明专利技术的星载单星测频无源定位接收机试验方法通过采用实物试验与仿真技术相结合的方式构建星载单星测频无源定位接收机的试验环境，能够复现接收机在轨处理流程，完成接收机试验。

Test method of passive positioning receiver for frequency measurement of single satellite on board

【技术实现步骤摘要】
星载单星测频无源定位接收机试验方法
本专利技术涉及卫星定位
，具体涉及一种星载单星测频无源定位接收机试验方法。
技术介绍
单星测频无源定位技术指的是利用星载单星测频无源定位接收机测量所获得信号的多普勒频率来确定信号源位置的一种卫星定位技术。目前，单星测频无源定位系统只需要一颗卫星就可实现对信号源的定位，其定位精度通常为公里级。虽然，单星测频无源定位系统的定位精度不高，但相较于现有的全球导航系统，具有实现简单、建设成本低和周期短等优点，仍有广泛的应用，例如国际极低轨道搜救卫星系统COSPAS-SARSAT、美国低轨气象卫星系统NOAA和海洋环境监测系统ARGOS均采用了单星测频无源定位系统等。星载单星测频无源定位接收机安装在卫星平台上，用于在轨计算信号源的位置。目前，为了保证基于单星测频无源定位技术的卫星能够在轨计算信号源的位置，并提高定位精度和实时性，卫星在发射之前需要对星载单星测频无源定位接收机进行充分的性能试验。现有的星载单星测频无源定位接收机的性能试验方法主要有基于地面处理中心的试验方法、基于在轨运行的试验方法和全虚拟仿真试验方法。专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：基于地面处理中心的试验方法中单星测频无源定位算法的运行在地面处理中心，缺少单星测频无源定位算法在卫星平台上的验证，无法充分验证星载单星测频无源定位接收机的性能；基于在轨运行的试验方法存在较大的风险，当在卫星平台运行的单星测频无源定位算法存在缺陷时，会导致在轨运行出现问题；由于星载单星测频无源定位接收机的性能与信号源的频率稳定度、发射频率的准确度和频率测量精度等相关，现有的全虚拟仿真试验方法无法充分验证星载单星测频无源定位接收机的性能。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种星载单星测频无源定位接收机试验方法，通过采用实物试验与仿真技术相结合的方式构建星载单星测频无源定位接收机的试验环境，能够复现星载单星测频无源定位接收机在轨处理流程，完成对星载单星测频无源定位接收机的功能和性能试验。为此，本专利技术公开了一种星载单星测频无源定位接收机试验方法，所述方法包括如下内容：仿真计算卫星在轨运行时的多个历元时刻的位置和速度，对每个历元时刻的位置和速度添加设定的误差值后存储在星载单星测频无源定位接收机内；给定信号源的位置和发射频率，计算每个历元时刻所对应的卫星与信号源之间的多普勒频率，并将每个多普勒频率及其对应的历元时刻存储在信号源内；信号源读取存储的多普勒频率及其对应的历元时刻，根据读取的多普勒频率调整信号的载波频率后向星载单星测频无源定位接收机发射包括有历元时刻信息的信号；星载单星测频无源定位接收机接收并解析信号源信号，获取多普勒频率和历元时刻信息；星载单星测频无源定位接收机根据获取的历元时刻信息读取存储的卫星的位置和速度，并结合获取的多普勒频率计算信号源的位置；基于信号源的位置给定值和位置计算值，计算确定星载单星测频无源定位接收机的定位精度。进一步地，在上述星载单星测频无源定位接收机试验方法中，仿真计算卫星在轨运行时的多个历元时刻的位置和速度，对每个历元时刻的位置值和速度值添加设定的误差值后存储在星载单星测频无源定位接收机内，包括：根据卫星的拟发射轨道确定卫星的轨道参数；根据卫星的轨道参数计算卫星的多个历元时刻的位置和速度；根据星载单星测频无源定位接收机所在卫星平台中拟装配的星载导航接收机的精度确定误差值；在计算得到的每个历元时刻的位置和速度上添加误差值；将添加误差值后的每个历元时刻的位置和速度存储在星载单星测频无源定位接收机内。进一步地，在上述星载单星测频无源定位接收机试验方法中，卫星与信号源之间的多普勒频率通过式1计算确定；其中，fd(t)表示历元t时刻所对应的卫星与信号源之间的多普勒频率，fT表示信号源的发射频率，(x′(t),y′(t),z′(t))和分别表示添加误差值后的历元t时刻卫星在地心地固坐标系下的位置和速度，(x0,y0,z0)表示信号源在地心地固坐标系下的位置给定值，c表示光速。进一步地，在上述星载单星测频无源定位接收机试验方法中，所述方法还包括：根据信号源与卫星的相对位置实时调节信号源的发射信号的功率。进一步地，在上述星载单星测频无源定位接收机试验方法中，采用数控衰减器控制调节信号源的发射信号的功率；数控衰减器通过有线连接方式分别连接信号源与星载单星测频无源定位接收机，并由信号源控制。进一步地，在上述星载单星测频无源定位接收机试验方法中，数控衰减器的控制量通过式2计算确定；其中，L(t)表示数控衰减器在历元t时刻时的控制量，fd(t)表示历元t时刻所对应的卫星与信号源之间的多普勒频率，fT表示信号源的发射频率，(x0,y0,z0)表示信号源在地心地固坐标系下的位置给定值，(x′(t),y′(t),z′(t))表示添加误差值后的历元t时刻卫星在地心地固坐标系下的位置。进一步地，在上述星载单星测频无源定位接收机试验方法中，星载单星测频无源定位接收机采用最小二乘算法信号源的位置。进一步地，在上述星载单星测频无源定位接收机试验方法中，星载单星测频无源定位接收机的定位精度通过式3计算确定；其中，Pe表示星载单星测频无源定位接收机的定位精度，(x0,y0,z0)表示信号源在地心地固坐标系下的位置给定值，(x0,y0,z0)表示信号源在地心地固坐标系下的位置计算值。此外，本专利技术还公开了一种星载单星测频无源定位接收机的性能验证方法，所述验证方法包括：分别设定多个不同的误差值或多个不同的信号源的位置给定值，利用上述述的星载单星测频无源定位接收机试验方法获取多个不同的误差值或多个不同的信号源的位置给定值所对应的定位精度，对多个定位精确进行分析对比，以验证星载导航接收机的精度或信号源的分布对星载单星测频无源定位接收机的定位精度的影响。本专利技术技术方案的主要优点如下：本专利技术的星载单星测频无源定位接收机试验方法通过采用实物试验与仿真技术相结合的方式构建星载单星测频无源定位接收机的试验环境，能够复现星载单星测频无源定位接收机在轨处理流程，完成对星载单星测频无源定位接收机的功能和性能试验；同时充分考虑和验证了信号源的信号发射特性、信号传播特性和星载单星测频无源定位接收机的频率测量特性等因素的影响，可适应不同轨道卫星，试验成本低，系统建设风险低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施例的星载单星测频无源定位接收机试验方法的流程图；图2为本专利技术一实施例的星载单星测频无源定位接收机和信号源的连接关系图。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载单星测频无源定位接收机试验方法，其特征在于，所述方法包括如下内容：/n仿真计算卫星在轨运行时的多个历元时刻的位置和速度，对每个历元时刻的位置和速度添加设定的误差值后存储在星载单星测频无源定位接收机内；/n给定信号源的位置和发射频率，计算每个历元时刻所对应的卫星与信号源之间的多普勒频率，并将每个多普勒频率及其对应的历元时刻存储在信号源内；/n信号源读取存储的多普勒频率及其对应的历元时刻，根据读取的多普勒频率调整信号的载波频率后向星载单星测频无源定位接收机发射包括有历元时刻信息的信号；/n星载单星测频无源定位接收机接收并解析信号源信号，获取多普勒频率和历元时刻信息；/n星载单星测频无源定位接收机根据获取的历元时刻信息读取存储的卫星的位置和速度，并结合获取的多普勒频率计算信号源的位置；/n基于信号源的位置给定值和位置计算值，计算确定星载单星测频无源定位接收机的定位精度。/n

【技术特征摘要】
1.一种星载单星测频无源定位接收机试验方法，其特征在于，所述方法包括如下内容：
仿真计算卫星在轨运行时的多个历元时刻的位置和速度，对每个历元时刻的位置和速度添加设定的误差值后存储在星载单星测频无源定位接收机内；
给定信号源的位置和发射频率，计算每个历元时刻所对应的卫星与信号源之间的多普勒频率，并将每个多普勒频率及其对应的历元时刻存储在信号源内；
信号源读取存储的多普勒频率及其对应的历元时刻，根据读取的多普勒频率调整信号的载波频率后向星载单星测频无源定位接收机发射包括有历元时刻信息的信号；
星载单星测频无源定位接收机接收并解析信号源信号，获取多普勒频率和历元时刻信息；
星载单星测频无源定位接收机根据获取的历元时刻信息读取存储的卫星的位置和速度，并结合获取的多普勒频率计算信号源的位置；
基于信号源的位置给定值和位置计算值，计算确定星载单星测频无源定位接收机的定位精度。


2.根据权利要求1所述的星载单星测频无源定位接收机试验方法，其特征在于，仿真计算卫星在轨运行时的多个历元时刻的位置和速度，对每个历元时刻的位置值和速度值添加设定的误差值后存储在星载单星测频无源定位接收机内，包括：
根据卫星的拟发射轨道确定卫星的轨道参数；
根据卫星的轨道参数计算卫星的多个历元时刻的位置和速度；
根据星载单星测频无源定位接收机所在卫星平台中拟装配的星载导航接收机的精度确定误差值；
在计算得到的每个历元时刻的位置和速度上添加误差值；
将添加误差值后的每个历元时刻的位置和速度存储在星载单星测频无源定位接收机内。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的星载单星测频无源定位接收机试验方法，其特征在于，卫星与信号源之间的多普勒频率通过式1计算确定；



其中，fd(t)表示历元t时刻所对应的卫星与信号源之间的多普勒频率，fT表示信号源的发射频率，(x′(t),y′(t),z′(t))和分别表示添加误差值后的历元t时刻卫星在地心地固坐标系下的位置和速度，(x0,y0,z0)表示信号源在地心地固坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：李献斌，王建，曹璐，范广腾，冉德超，杨志玺，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11