艦載三星衛星通信終端定位技術

段國文 江漫

摘要：針對傳統的雙星或者三星定位技術一般用于地面固定站、需要多幅拋物面天線等局限，提出了基于艦載的三星定位技術。通過將觀測平臺抵近目標波束，用相控陣天線同時接收通過主星轉發的下行信號以及輻射到兩側鄰星轉發的下行信號，利用互模糊相關函數分別計算主鄰星到達接收站的時差和通過時差解算目標位置，對定位算法的仿真驗證了算法的性能。

關鍵詞：時差；衛星通信終端；三星定位；相控陣天線

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2018）22-63-3

0引言

隨著無線電通信技術的迅猛發展以及信息化程度的不斷提高，世界各國對無線電的需求日益增多。衛星通信以其頻帶寬、容量大、適用于多種業務、覆蓋能力強、性能穩定可靠、不受地理條件限制、機動靈活，以及成本與通信距離無關等優點[1]，不僅廣泛用于世界各國的民用通信，而且各主要國家的遠距離軍用通信效能的發揮也離不開衛星通信的保障[2]。西方主要國家非常重視衛星通信技術的發展，特別是以美軍為代表的通信技術強國，更是將衛星通信作為主要的通信手段[3]，因此對衛星通信終端的定位具有重要的軍事意義。

1衛星通信終端三星定位算法

1.1基于時差的三星衛星通信終端定位

衛星通信終端定位技術在軍事和民用中已經獲得廣泛應用，三星衛星通信終端定位[4]的原理與衛星通信干擾源定位的原理類似。目前，在全球只有2家公司擁有技術成熟的TLS系統的研發和生產能力，一個是美國Interferometrics Inc公司生產的TLS2000型干擾定位系統[5]。另一個是英國Merlin國際通信有限公司和Dera聯合生產的多衛星地面定位系統[6]。三星定位是利用通信主衛星和2顆鄰星、2次測量TDOA參數，得到通信終端的位置，如圖1所示。

一般情況下，鄰星接收的旁瓣泄露信號極其微弱，其信噪比遠遠小于主星信號的信噪比，通過互模糊相關計算帶來的相關處理增益，可提高接收到鄰星微弱信號的檢測概率。

1.4衛星通信終端三星定位原理

三星時差定位原是指利用空中3個衛星平臺，同時測量地面輻射源到達3個衛星的時間差來對輻射源進行定位。定位方程組包括2個時差方程和1個地球方程，屬于非線性方程組。等時差點構成雙曲面，輻射源位置就是2個雙曲面和地球表面的交點。

在衛星通信終端三星定位中，為修正衛星星歷數據、抵消傳播通道傳輸時延的影響，需要增加地面參考源以修正這些誤差因素的影響，定位示意圖如圖2所示。

2需求分析

傳統的用于衛星通信終端定位的接收天線均采用拋物面形式，但是其天線波束單一、機械掃描速度慢，通信終端定位需要接收2顆或者3顆衛星轉發的下行信號，因此需要配備多副拋物面天線，在艦載平臺空間有限的情況下，已不能適應目前需求。基于此，新型的艦載衛星通信終端定位設備擬采用具有對多目標進行波束配置的能力，要求波束可以捷變，且具備快速捕獲及跟蹤能力的天線，有源平面相控陣天線體制恰能應對此需求。

隨著相控陣列朝著超寬帶及多功能的方向發展，要求在相同陣面空間內容納更多的功能單元。同時隨著應用頻率不斷提高，天線陣列的單元間距越來越小，使得整個相控陣陣面空間尺寸也越來越狹小。功能單元的增加和空間尺寸的縮小正在同步發生，導致以往以線束形式出現的T/R組件或子陣的控制走線及供電電路的密度越來越大，信號傳輸的復雜程度也越來越高。

基于上述描述，相控陣天線的射頻組件前端、波控網絡、電源走線及校準網絡等必須與收發共用天線一體綜合設計，解決大型陣面信號傳輸線眾多、雜亂無章及過分占據陣面橫向或縱向尺寸的系統設計問題，有助于大型復雜功能相控陣列的系列化推廣應用。

3仿真實驗

采用高軌三星定位體制論證對目標的定位精度，仿真條件設置為：主星：ZX 10（東經110.5°）；鄰星1：ZX 12（東經87.5°）；鄰星2：Asiasat 6（東經122°）。當時差測量精度為0.1μs和0.5μs，衛星星歷誤差為0.5，0.3，0.2 km。

通過實驗發現，在0.5μs的時差誤差和0.2 km的衛星軌道誤差下，對國內和東部海域內目標的定位精度可達到20 km以內；在0.5μs的時差誤差和0.3 km的衛星軌道誤差下，對國內、東部海域內目標的定位精度可達到25 km以內；在0.5μs的時差誤差和0.5 km的衛星軌道誤差下，對國內和東部海域內目標的定位精度可達到50 km以內。定位誤差隨著衛星軌道誤差和時差估計誤差的增大而惡化，且在軌道誤差較大時，時差對定位精度的影響不明顯。

4結束語

本文基于艦載觀測平臺，利用時差信息，建立了三星定位的三維模型，針對目前不在地面落地的波束范圍的目標進行定位以及艦載平臺空間有限的諸多問題，提出了利用有源平面相控陣天線的方法，利用其波束可以捷變，且具備快速捕獲及跟蹤能力來滿足目前定位設備存在的問題。文章對定位精度進行了仿真，目前該技術已經應用于實際課題，經實際驗證表明，在獲得較為準確的衛星星歷的前提下，可以達到比較精確的定位效果。

參考文獻

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