單星定位中測向精度增強技術

虎雷 李軍 李永明 李圣安

摘要：介紹了一種單星無源定位方法，即雙長基線干涉儀測向技術。在對其測向原理與解模糊方法的研究基礎上，分析誤差因素，提出一種適用于此測向方式的標校技術，該技術可消除相位差測量中的系統誤差與衛星姿態誤差，提高衛星的定位能力。

關鍵詞：無源定位；相位干涉儀；解模糊；標校技術

中圖分類號：TN971 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0117-02

1 引言

目前，電子偵察衛星監測地面輻射源的主要方式有三星時差定位法、雙星時差/頻差聯合定位法和單星測向定位法等。單星測向定位技術作為電子偵察衛星的一種重要手段，相對多星定位具有定位速度快、工作方式簡單等特點，對其進行研究具有重要意義。

針對單星無源定位的研究中，大致分為以下幾類，一類是利用相對運動引起的多普勒信息進行定位，如單星僅測脈沖到達時間（TOA）無源定位法[1]、單星僅測頻無源定位法[2]以及單星測多普勒變化率無源定位法[3]，雖然該類方法所需設備量少，但是對信號形式的要求比較嚴格，如分別要求發射信號的脈沖重復頻率固定和載頻固定等。另一類是利用干涉儀進行測向的無源定位系統，可以利用通道間接收信號的互相關消除信號波形的影響，對信號形式的適應能力強，且可以利用長基線提高性能增益，因此更具有工程實用價值。

二維干涉儀測向定位在無源定位中比較常見[4]，該方法可單次定位，適用性比較廣。二維干涉儀工作至少需要兩組基線，即3個陣元與接收通道，基線長短與目標頻率有直接關系。對于較寬的頻率范圍，固定的基線在相位差測量過程中難免會出現模糊現象，本文提出一種正交雙基線測向法，該方法通過增加2組基線，并設計基線長度，消除相位差模糊。在測向過程中，由于相位差測量誤差及衛星姿態誤差的存在，會對定位結果產生影響[5]，本文提出一種定位增強技術，該方法利用雙地面站對衛星進行標校，通過聯立求解出系統中特定的相位差測量誤差與姿態誤差。

2 正交雙基線測向定位原理及數學模型

2.1 干涉儀測到達角原理

正交雙基線通過分別測量x與y軸上入射信號的到達角，如圖1所示，A、B、C為x軸上的三個接收天線陣元，其間距分別為d11、d12，入射信號與該軸向的夾角為θ。設入射信號的波長為λ，在無模糊的情況下，A、B兩陣元測得的信號相位差φ為：

上面兩組式中存在六個未知量，我們只需再建立四組方程式便可以計算出各個誤差值，按照這個思路，只需建立兩個地面站就可以滿足求解條件。

假設在衛星可測范圍內存在A、B兩個地面站，發射相同頻率的信號，通過衛星接收并進行定位處理后，將定位結果下傳，然后通過數據處理中心結合星歷與地理信息，計算出定位系統的測相誤差與姿態誤差，而后對系統進行標校，消除固有誤差量。

4 仿真分析

假設A，B兩站的位置相對衛星為（方位角36度，俯仰角45度）、（方位30度，俯仰36度），目標實際位置為（方位25度，俯仰角30度）。

場景一的仿真條件：相位差測量誤差為25度，姿態誤差為2度。

場景二的仿真條件：相位差測量誤差為30度，姿態誤差為1度。通過這兩種場景的仿真結果（如圖2和圖3所示）可以看出，標校前的測向誤差比較大，而通過標校后，測向精度有了較大的提高。

5 結語

本文通過對二維干涉儀的研究，提出在單星無源定位中，可利用地面標校系統消除位相差測量過程中的系統誤差和衛星的姿態誤差，提高測向精度。仿真試驗中，只引入兩個基線上的相位差測量誤差，而在實際應用中，可根據系統具體的相位差測量機制和測向機制，查找存在的固有誤差種類，適當地增加地面標校站的個數。

參考文獻

[1]徐義，郭福成，馮道旺.一種單星僅測TOA無源定位方法[J].宇航學報，2010，31（2）：502-508.

[2]陸安南，孔憲正.單星測頻無源定位法[J].通信學報，2004，25（9）：160-168.

[3]張敏，馮道旺，郭福成.基于多普勒變化率的單星無源定位[J].航天電子對抗，2009，25（5）：11-13.

[4]袁孝康.相位干涉儀測向定位研究[J].上海航天，1999，（3）：1-7.

[5]張文旭，司錫才，蔣伊琳.相位干涉儀測向系統相位誤差研究[J].系統工程與電子技術，2006，（11）：1631-1632，1640.