基于搜索优化和非线性滤波的运动卫星干扰源定位方法技术

本发明专利技术公开了基于搜索优化和非线性滤波的运动卫星干扰源定位方法，属于卫星通信中的干扰源定位领域。针对地面定位系统利用双星转发信号对运动卫星干扰源定位的问题，提出充分利用观测信息，通过对时差线上位置参考点的搜索优化滤波，来得到运动干扰源位置的初始估计值，再使用非线性滤波算法对后续观测信息进行序贯处理，实现对运动卫星干扰源的定位。该发明专利技术方法计算量小，可实现对运动卫星干扰源的实时定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星通信中的干扰源定位领域，具体说是基于搜索优化和非线性滤波的运动卫星干扰源定位方法。
技术介绍
当前，卫星通信已广泛应用于电视转播、通信广播、导航定位、资源探测、军事侦察等领域。随着卫星通信业务的快速发展，卫星所处的电磁环境也日益恶化，射频干扰事件频繁发生，已成为卫星通信所要面临的常见问题，并有愈演愈烈之势，特别是当今越来越依赖空间信息基础设施的信息时代以及美国提出“进入空间，利用空间与控制空间”战略的激烈竞争年代，卫星通信的安全性已成为卫星通信运营商及其用户最为关切的焦点问题。为保障卫星通信系统的信息安全，查找、识别干扰源就显得尤为重要，准确地对射频干扰信号进行定位查找与识别，并采取针对性措施对干扰卫星通信业务的行为进行惩罚，是当前卫星通信系统面临的新需求。卫星干扰源定位技术一般采用双星定位方法。当干扰源对准被干扰卫星实施干扰时，干扰源的发射天线将天线主瓣对准被干扰卫星(称为主星)，同时其副瓣不可避免的指向了与被干扰卫星临近的卫星(称为邻星)。基于这种情况，就可以利用两部接收天线对主星和邻星转发的干扰信号一起检测，从而实现对干扰源的定位。国外对卫星干扰源定位的研究较早，最早开始于1982年，由英国国防评估研究局(DERA)利用时间差和频率差在相关频段内进行干扰源定位的研究，并在1993年对干扰源定位涉及到的关键技术进行了详细的研究，之后DERA联合英国MARLIN国际通讯有限公司研制推出了多卫星地面定位系统(SatID)。同时，美国的相关研究部门也对这一技术进行了研究，并就其关键技术在美国申请了多项专利。1999年美国的Interferom etrics公司研制成功了用于商业化的干扰源定位系统(TLS Model2000)。SatID系统和TLS Model2000系统均解决了查找地面干扰源的问题，受到了全球各大卫星公司、政府和军事部门的关注和重视。国内对卫星干扰源定位的研究起步较晚，多所高校和研究所对卫星干扰源定位技术展开了研究。目前的卫星干扰源定位技术主要针对地面静止干扰源，而随着卫星通信移动平台的普遍使用，也可能出现以飞机、舰船、汽车等移动通信平台为发射载体的干扰源，此种干扰源的运动特性将给卫星干扰源定位带来极大的挑战，为此很有必要对运动卫星干扰源定位问题进行研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免上述
技术介绍
中的不足，提供一种能对运动卫星干扰源实时定位的基于搜索优化和非线性滤波的运动卫星干扰源定位方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于搜索优化和非线性滤波的运动卫星干扰源定位方法，其特点是包括下述步骤：a.利用当前时刻运动卫星干扰源信号到达主星和到达邻星的时间差，并辅以地球方程，得到与当前时刻运动卫星干扰源位置相对应的等时差线；其中，主星是受运动卫星干扰源信号干扰的地球同步轨道卫星，邻星是与主星邻近的地球同步轨道卫星；b.在步骤a中得到的等时差线上取若干对经纬度值，称为参考点，并在设定范围内对运动卫星干扰源的航向值和速度值进行搜索，由参考点、航向值和速度值组成参考矢量矩阵，参考矢量矩阵的每一个元素即为包含了运动卫星干扰源的经纬度、航向及速度的矢量；c.利用参考矢量矩阵，构造与参考矢量矩阵对应的观测量的预测矩阵，并将预测矩阵中的元素与实际观测值进行比较，优化得到最接近实际观测量的预测矩阵元素，再以该元素为线索，倒推出其所对应的参考矢量矩阵中的位置参考点，即为运动卫星干扰源的位置预估计值；d.对步骤c中得到的预估计值进行滤波处理，修正因搜索优化不准而产生较大误差的估计值，得到当前时刻的运动卫星干扰源位置的估计值；e.判断步骤d得到当前时刻的运动卫星干扰源位置的估计值是否满足设定要求，如果满足设定要求，则将当前时刻的运动卫星干扰源位置的估计值作为非线性滤波器的初始值，转入步骤f；否则，更新当前时刻并转入步骤a；f.根据步骤e得到的非线性滤波器的初始值，利用非线性滤波算法对后续时刻的观测量进行序贯处理，估计后续每一时刻运动卫星干扰源的位置；完成对运动卫星干扰源的定位。其中，所述的运动卫星干扰源是指对卫星实施干扰的干扰源是运动的。其中，所述的地面定位系统包括接收两颗卫星转发信号的地面接收站和一个参考辐射源发射站。其中，步骤c中所述的观测量包括运动卫星干扰源信号到达主星、邻星的到达时间差和到达频率差以及地面站接收到的运动卫星干扰源信号经主星转发后的信号频率。其中，所述运动卫星干扰源信号到达主星、邻星的到达时间差TDOA为：TDOA=1c^[(l2-l1)]=DTO(unk)-DTO(ref)+1c^(l2r-l1r)]]>其中，表示电磁波传播速度，l1和l2分别表示运动卫星干扰源到达主星、邻星的距离，和分别表示已知参考辐射源到达主星、邻星的距离，DTO(unk)和DTO(ref)分别表示运动卫星干扰源信号和参考辐射源信号经双星转发到达接收站的差分时差，用公式表示为：DTO(unk)=1c^[(l2+lm2)-(l1+lm1)]=1c^(l2-l1)+1c^(lm2-lm1)]]>DTO(ref)=1c^[(l2r+lm2)-(l1r+lm1)]=1c^(l2r-l1r)+1c^(lm2-lm1)]]>其中，lm1和lm2分别为主星、邻星到达地面接收站的距离。其中，所述的运动卫星干扰源信号到达主星、邻星的到达频率差FDOA为：FDOA=DFO(unk)-DFO(ref)+(fcc^-f0c^)(v2(r→m)-v1(r→m))-f0c^v21(r→0)---(2)]]>其中，fc和f0分别为干扰源和已知参考源的信号发射频率；为主星速度矢量在地面接收站径向上的分量，为邻星速度矢量在地面接收站径向上的分量，为两颗卫星速度矢量在参考源径向上速度分量的差值，其中和分别为主星、邻星的位置矢量和速度矢量，和分别为地面接收站的两个接收天线和参考源的位置矢量；DFO(unk)和DFO(ref)分别表示干扰源信号和参考辐射源信号经双星转发到达接收站的差分频差，用公式表示为：DFO(unk)=-fcc^(v→s2-v→)·r→s2-r→||r→s2-r→|本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于搜索优化和非线性滤波的运动卫星干扰源定位方法，是通过借助地面定位系统来实现的，其特征在于包括以下步骤：a.利用当前时刻运动卫星干扰源信号到达主星和到达邻星的时间差，并辅以地球方程，得到与当前时刻运动卫星干扰源位置相对应的等时差线；其中，主星是受运动卫星干扰源信号干扰的地球同步轨道卫星，邻星是与主星邻近的地球同步轨道卫星；b.在步骤a中得到的等时差线上取若干对经纬度值，称为参考点，并在设定范围内对运动卫星干扰源的航向值和速度值进行搜索，由参考点、航向值和速度值组成参考矢量矩阵，参考矢量矩阵的每一个元素即为包含了运动卫星干扰源的经纬度、航向及速度的矢量；c.利用参考矢量矩阵，构造与参考矢量矩阵对应的观测量的预测矩阵，并将预测矩阵中的元素与实际观测值进行比较，优化得到最接近实际观测量的预测矩阵元素，再以该预测矩阵元素为线索，倒推出该预测矩阵元素所对应的参考矢量矩阵中的位置参考点，即为运动卫星干扰源的位置预估计值；d.对步骤c中得到的位置预估计值进行滤波处理，修正因搜索优化不准而产生较大误差的估计值，得到当前时刻的运动卫星干扰源位置的估计值；e.判断步骤d得到当前时刻的运动卫星干扰源位置的估计值是否满足设定要求，如果满足设定要求，则将当前时刻的运动卫星干扰源位置的估计值作为非线性滤波器的初始值，转入步骤f；否则，更新当前时刻并转入步骤a；f.根据步骤e得到的非线性滤波器的初始值，利用非线性滤波算法对后续时刻的观测量进行序贯处理，估计后续每一时刻运动卫星干扰源的位置；完成对运动卫星干扰源的定位。...

【技术特征摘要】
1.基于搜索优化和非线性滤波的运动卫星干扰源定位方法，是
通过借助地面定位系统来实现的，其特征在于包括以下步骤：
a.利用当前时刻运动卫星干扰源信号到达主星和到达邻星的时
间差，并辅以地球方程，得到与当前时刻运动卫星干扰源位置相对应
的等时差线；其中，主星是受运动卫星干扰源信号干扰的地球同步轨
道卫星，邻星是与主星邻近的地球同步轨道卫星；
b.在步骤a中得到的等时差线上取若干对经纬度值，称为参考
点，并在设定范围内对运动卫星干扰源的航向值和速度值进行搜索，
由参考点、航向值和速度值组成参考矢量矩阵，参考矢量矩阵的
每一个元素即为包含了运动卫星干扰源的经纬度、航向及速度的矢
量；
c.利用参考矢量矩阵，构造与参考矢量矩阵对应的观测量的预
测矩阵，并将预测矩阵中的元素与实际观测值进行比较，优化得到最
接近实际观测量的预测矩阵元素，再以该预测矩阵元素为线索，倒推
出该预测矩阵元素所对应的参考矢量矩阵中的位置参考点，即为运动
卫星干扰源的位置预估计值；
d.对步骤c中得到的位置预估计值进行滤波处理，修正因搜索
优化不准而产生较大误差的估计值，得到当前时刻的运动卫星干扰源
位置的估计值；
e.判断步骤d得到当前时刻的运动卫星干扰源位置的估计值是
否满足设定要求，如果满足设定要求，则将当前时刻的运动卫星干扰
源位置的估计值作为非线性滤波器的初始值，转入步骤f；否则，更

\t新当前时刻并转入步骤a；
f.根据步骤e得到的非线性滤波器的初始值，利用非线性滤波
算法对后续时刻的观测量进行序贯处理，估计后续每一时刻运动卫星
干扰源的位置；
完成对运动卫星干扰源的定位。
2.根据权利要求1所述的基于搜索优化和非线性滤波的运动卫
星干扰源定位方法，其特征在于：步骤f中所述的非线性滤波是扩展
卡尔曼滤波算法。
3.根据权利要求1所述的基于搜索优化和非线性滤波的运动卫
星干扰源定位方法，其特征在于：所述的地面定位系统包括一个参考
辐射源发射站和接收两颗卫星转发信号的地面接收站。
4.根据权利要求1所述的基于搜索优化和非线性滤波的运动卫
星干扰源定位方法，其特征在于：步骤c中所述的观测量包括运动卫
星干扰源信号到达主星与到达邻星的到达时间差和到达频率差以及
地面站接收到的运动卫星干扰源信号经主星转发后的信号频率。
5.根据权利要求4所述的基于搜索优化和非线性滤波的运动卫
星干扰源定位方法，其特征在于：所述运动卫星干扰源信号到达主星
与到达邻星的到达时间差TDOA为：
TDOA=1c^[(l2-l1)]=DTO(unk)-DTO(ref)+1c^(l2r-l1r)---(1)]]>其中，表示电磁波传播速度，l1和l2分别表示运动卫星干扰源到达主
星、邻星的距离，和分别表示已知参考辐射源到达主星、邻星的
距离，DTO(unk)和DTO(ref)分别表示运动卫星干扰源信号和参考辐射

\t源信号经双星转发到达接收站的差分时差，用公式表示为：
DTO(unk)=1c^[(l2+lm2)-(l1+lm1)=1c^(l2-l1)+1c^(lm2-lm1)]]>DTO(ref)=1c^[(l2r+lm2)-(l1r+lm1)]=1c^(l2r-l1r)+1c^(lm2-lm1)]]>其中，lm1和lm2分别为主星、邻星到达地面接收站的距离。
6.根据权利要求4或5所述的基于搜索优化和非线性滤波的运
动卫星干扰源定位方法，其特征在于：所述的运动卫星干扰源信号到
达主星与到达邻星的到达频率差FDOA为：
FDOA=DFO(unk)-DFO(ref)+(fcc^-f0c^)(v2(r→m)-v1(r→m))-f0c^v21(r→0)---(2)]]>其中，fc和f0分别为干扰源和已知参考源的信号发射频率；
为主星速度矢量在地面接收站径向上的分量，
为邻星速度矢量在地面接收站径向上的分量，
为两颗卫星速度矢量在参考源径向上速
度分量的差值，其中和分别为主星、邻星的位置矢量和
速度矢量，和分别为地面接收站的两个接收天线和参考源的
位置矢量；DFO(unk)和DFO(ref)分别表示干扰源信号和参考辐射源信
号经双星转发到达接收站的差分频差，用公式表示为：
DFO(unk)=-fcc^(v→...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红伟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13