本发明专利技术提出了一种基于低轨卫星机会信号多普勒的运动目标定位方法，实现步骤为：初始化运动目标定位场景；获取每个观测时刻每颗卫星的位置、速度和运动目标的速度；对卫星机会信号的多普勒频率进行测量；建立多普勒定位方程组；获取运动目标的定位结果。本发明专利技术通过建立关于所测量的每颗卫星的机会信号多普勒频率的多普勒测量方程，并对所有卫星所有观测时刻的多普勒测量方程组成的多普勒定位方程组进行求解，得到每颗卫星的机会信号对应的多普勒误差漂移和多普勒误差偏移，能够对测量多普勒中包含的时钟误差进行了补偿，避免了低轨卫星的轨道误差和卫星机会信号的测量多普勒频率误差对定位精度影响的缺陷，有效提高了运动目标的定位精度。目标的定位精度。目标的定位精度。
【技术实现步骤摘要】
基于低轨卫星机会信号多普勒的运动目标定位方法
[0001]本专利技术属于卫星导航
，涉及一种运动目标定位方法，具体涉及一种基于低轨卫星机会信号多普勒的运动目标位置解算方法，可用于低轨卫星导航系统。
技术背景
[0002]运动目标定位是指使用目标上搭载的信号接收机或其他传感器对环境中的信号等信息进行测量，获取定位信息以确定运动目标位置的方法。根据定位手段的不同，运动目标定位可以使用导航卫星、惯导系统或其他定位手段确定运动目标的位置，运动目标定位是运动目标导航的基础和重要组成部分。
[0003]低轨卫星运动目标定位是指通过目标上搭载的接收机接收低轨卫星发射的信号并从中提取多普勒、载波相位等导航信息，建立目标定位方程组，解算目标位置的方法。低轨道卫星主要是指运行在低轨道平台的卫星系统，其运行轨道一般在距离地面500
‑
2000公里之间，与GNSS卫星相比，低轨卫星的轨道更低，信号到达地面的功率更强，且卫星位置变化快，能够为导航定位提供更好的轨道构型，因此低轨卫星定位导航系统作为一种有效的辅助手段备受青睐。
[0004]例如，申请公布号为CN106772502A，名称为“低轨卫星备份导航系统多普勒定位解算方法”的专利申请，公开了一种低轨卫星备份导航系统多普勒定位解算方法，该方法是一种大区域网格搜索粗定位与牛顿最小二乘迭代计算相结合的多普勒定位解算方法，通过获取定位解算所需的卫星三维位置、三维速度和多普勒频率观测量，然后进行大区域网格搜索，实现用户粗定位，并通过牛顿最小二乘法，完成多普勒定位解算，得到目标定位结果。该专利技术利用多普勒观测信息实现了多种不同可见星数量条件下的连续定位解算，提高了定位精度，但由于其在进行运动目标定位时，使用TLE数据计算的单历元的卫星轨道直接进行定位，轨道误差较大，定位精度仍然较差。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于低轨卫星机会信号多普勒的运动目标定位方法，用于解决现有技术中存在的定位精度较低的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：
[0007](1)初始化运动目标定位场景：
[0008]初始化包括分布在三维空间中的运动目标和N颗低轨卫星的运动目标定位场景，目标对每颗卫星的观测时间包括K个观测时刻；每颗卫星机会信号的载波频率为f0，机会信号对应的多普勒误差漂移、多普勒误差偏移分别为a
n
、b
n
，其中，N≥6，K≥3；
[0009](2)获取每个观测时刻每颗卫星的位置、速度和运动目标的速度：
[0010]获取第n颗低轨卫星第k个观测时刻的三维轨道位置r
n
(k)＝[x
n
(k),y
n
(k),z
n
(k)]和三维速度并测量运动目标的三维速度V(k)＝[V
x
(k),V
y
(k),V
z
(k)]；
[0011](3)对卫星机会信号的多普勒频率进行测量；
[0012](4)建立多普勒定位方程组：
[0013]建立以每颗卫星机会信号对应的多普勒误差漂移a
n
、多普勒误差偏移b
n
、运动目标在k时刻的三维位置s(k)为未知数的，关于第n颗卫星k个观测时刻的机会信号的多普勒频率的多普勒测量方程，并将N颗卫星K个观测时刻的机会信号的多普勒测量方程组成多普勒定位方程组，其中第n颗卫星第k个观测时刻的机会信号的多普勒测量方程的表达式为：
[0014][0015]其中，c表示光速，||
·
||2表示求二范数操作；
[0016](5)获取运动目标的定位结果：
[0017]使用牛顿最小二乘迭代法对多普勒定位方程组进行求解，得到运动目标在k时刻的三维位置s(k)、每颗卫星的多普勒漂移a
n
和多普勒偏移b
n
。
[0018]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0019]本专利技术通过建立关于所测量的每颗卫星的机会信号多普勒频率的多普勒测量方程，并对所有卫星所有观测时刻的多普勒测量方程组成的多普勒定位方程组进行求解，得到每颗卫星的机会信号对应的多普勒误差漂移和多普勒误差偏移，能够对测量多普勒中包含的时钟误差进行了补偿，避免了低轨卫星的轨道误差和卫星机会信号的测量多普勒频率误差对定位精度影响的缺陷，与现有技术相比，有效提高了运动目标的定位精度。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的实现流程图。
具体实施方式
[0021]以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细描述。
[0022]参照图1，本专利技术包括如下步骤：
[0023]步骤1)初始化运动目标定位场景：
[0024]初始化包括分布在三维空间中的运动目标和N颗低轨卫星的运动目标定位场景，目标对每颗卫星的观测时间包括K个观测时刻；每颗卫星机会信号的载波频率为f0，机会信号对应的多普勒误差漂移、多普勒误差偏移分别为a
n
、b
n
，其中，N≥6，K≥3。
[0025]当目标与低轨道卫星之间有相对运动时，接收到的信号的频率与卫星发射信号频率不同，当卫星与目标相向运动时，目标接收到的频率变高；卫星与目标相背运动时，目标接收到的频率变低，这种现象称为多普勒效应。
[0026]多普勒效应的公式为:
[0027][0028]其中，f'为接收到的频率，f为卫星发射信号频率，v为信号的传播速度，v0为目标
相对移动速度，v
s
为卫星相对移动速度。
[0029]上式中的f'仅为理论上卫星信号的多普勒频移，由于非合作卫星机会信号的信息较少，接收机接收到的卫星机会信号的多普勒频移中存在卫星发射时钟误差、接收机时钟误差等因素的影响。
[0030]低轨卫星机会信号是指非合作的低轨卫星发射的信号，非合作卫星不会公开其详细的信号结构与体制信息，人们对于信号的信息了解很少。现有在轨的低轨卫星中绝大多数属于非合作卫星，在低轨卫星机会信号的运动目标定位中，一方面大多数低轨卫星的用途均为通信，一般不会在卫星上配备高精度的原子钟，另一方面低轨卫星多为商业卫星，因此不会公开卫星信号体制及精密卫星轨道等信息，只能使用机会信号进行定位。
[0031]步骤2)获取每个观测时刻每颗卫星的位置、速度和运动目标的速度：
[0032]获取第n颗低轨卫星第k个观测时刻的三维轨道位置r
n
(k)＝[x
n
(k),y
n
(k),z
n
(k)]和三维速度并测量运动目标的三维速度V(k)＝[V
x
(k),V
y
(k),V
z
(k)]。
[0033]低轨卫星的轨道位置和速度可通过公开的卫星本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于低轨卫星机会信号多普勒的运动目标定位方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)初始化运动目标定位场景：初始化包括分布在三维空间中的运动目标和N颗低轨卫星的运动目标定位场景，目标对每颗卫星的观测时间包括K个观测时刻；每颗卫星机会信号的载波频率为f0，机会信号对应的多普勒误差漂移、多普勒误差偏移分别为a
n
、b
n
，其中，N≥6，K≥3；(2)获取每个观测时刻每颗卫星的位置、速度和运动目标的速度：获取第n颗低轨卫星第k个观测时刻的三维轨道位置r
n
(k)＝[x
n
(k),y
n
(k),z
n
(k)]和三维速度并测量运动目标的三维速度V(k)＝[V
x
(k),V
y
(k),V
z
(k)]；(3)对卫星机会信号的多普勒频率进行测量；(4)建立多普勒定位方程组：建立以每颗卫星机会信号对应的多普勒误差漂移a
n
、多普勒误差偏移b
n
、运动目标在k时刻的三维位置s(k)为未知数的，关于第n颗卫星k个观测时刻的机会信号的多普勒频率的多普勒测量方程，并将N颗卫星K个观测时刻的机会信号的多普勒测量方程组成多普勒定位方程组，其中第n颗卫星第k个观测时刻的机会信号的多普勒测量方程的表达式为：其中，c表示光速，||
·
||2表示求二范数操作；(5)获取运动目标的定位结果：使用牛顿最小二乘迭代法对多普勒定位方程组进行求解，得到运动目标在k时刻的三维位置s(k)、每颗卫星的多普勒漂移a
n
和多普勒偏移b
n
。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的第n颗低轨卫星第k个观测时刻的轨道位置r
n
(k)＝[x
n
(k),y
n
(k),z
n
(k)]和速度是通过公开的卫星TLE文件获取的。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的运动目标的三维速度V(k)＝[V
x
(k),V
y
(k),V
z
(k)]，是通过运动目标上...
【专利技术属性】
技术研发人员：臧博，杨超群，李林，代传金，张良，吴伟，张文博，龙璐岚，李斌，姬红兵，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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