双星定位系统定位精度的Cramer-Rao下界分析

介绍了双星时频差定位原理,在此基础上研究了在地球表面约束条件下的双星定位系统的定 位精度理论下界。利用推导的定位精度Cramer-Rao下界,仿真分析了定位参数估计精度、卫 星星历、目标辐射源位置以及辐射源载波频率等因素对定位精度的影响,并给出了物理解释 。定位仿真试验结果表明,定位精度变化趋势与Cramer-Rao下界一致,证明了理论推导的正 确性。     

低轨双星无源探测系统对运动辐射源的快速检测算法

针对时频差体制的低轨圆轨道双星无源探测系统不能对运动辐射源进行定位和辐射源是否运动进行判别问题,提出了一种通过单次观测实现运动辐射源定位与运动性判别的快速算法。该算法利用信号到达角与信号达到时差联合定位结果,结合信号到达频差对平行于大地水准面的匀速运动目标进行运动性检测,使系统在观测量存在误差条件下仍能有效进行目标运动性判别。将其应用到低轨双星无源探测系统中,仿真结果表明算法对速度大于60 m/s以上的辐射源具备优于95%的正确检测概率。     

双星时差频差无源定位系统定位算法工程指标分析

通过计算时差、频差测量精度,以及卫星运动引起的时差、频差变化率,提出双星时差频 差无源定位系统的信号最佳采样时间为10～100 ms。进一步推导了工程可实现的定位精 度,仿真结果表明双星系统工程可实现的定位精度约为1～3 km。研究和结论对双 星定位系统定位精度指标的论证与分解具有借鉴意义。     

低轨时差频差系统对运动目标的定位能力

战场高速运动目标往往具有高威胁性，现有天基电子侦察手段对此类目标的定位跟踪能力已经难以适应现代战场感知需要。通过研究时差频差定位原理，在现有双星体制基础上构建了三星时差频差定位体制；同时结合卡尔曼滤波算法，实现了对空中高速运动目标的定位和速度估计。经计算仿真，系统对空中高速运动目标的定位精度达到了几公里量级，速度估计误差达到了10 m/s量级，充分验证了方法的工程可行性。通过上述改进，大幅扩展了天基时差频差系统的应用范围，将有力提升天基系统的战场感知能力。     

利用三星时频差的运动辐射源定位与测速方法

针对高轨三星无源定位系统对空中恒定高度运动目标探测的应用场景,提出了一种利用信号到达时差(TDOA)、到达频率差(FDOA)的无源定位与测速方法。详细描述了算法原理、算法处理步骤,利用STK（Satellite Tool Kit）软件结合计算机仿真,分析了时差测量误差、频差测量误差、高程估计误差对定位精度与测速精度的影响。该方法定位精度与测速精度较高,具有一定的工程应用价值。     

双星时差频差定位体制在频域混叠电磁环境下的应用

现代战场电磁环境复杂,不同类型电磁信号在时频域碰撞混叠,现有常规侦察手段对此类信号的定位应用受到严重制约。双星时差频差定位体制通过互模糊函数求解信号到达时差和频差,分离频域混叠信号并获得高达公里量级的定位精度,非常适合于复杂电磁环境下的应用。通过求解模糊函数的方法分析了时差频差体制对频域混叠信号的分离和定位能力,然后结合美航母编队及其电磁环境构成,探讨了这一能力在监视航母编队,尤其是跟踪识别编队个体成员的具体应用。仿真与分析结果证明了双星时差频差定位体制的优势,对于天基侦察系统的建设具有重要意义。     

多元外辐射源单站时差定位技术

针对传统单站无法实现时差定位、多站定位布站选址困难的情况,提出了一种利用多元外辐射源实现单站时差定位的方法,并推导了定位算法和详细流程。基于几何精度因子（GDOP）方法分析了不同时差测量精度、基线长度、布站方式对定位精度的影响。利用Monte-Carlo仿真验证了定位算法的有效性,也说明了这种利用多元外辐射源定位新思路的可行性。仿真结果表明,该定位方法在长基线、Y型布站时定位精度最高,相比均采用地面外辐射源定位,利用卫星与地面外辐射源结合的方式可以使三维定位精度提高10倍以上。     

基于周期图和自相关函数的频偏估计方法

提出了一种频差估计的新算法，该算法结合观测序列的周期图和自相关函数进行频率估值。仿真结果表明：对于数据辅助的MPSK信号，信噪比较低时，其估值方差仍接近克拉美劳界，且该算法计算复杂度低，易于实现。     

基于最小二乘融合估计的双星时频差定位

件下具有测量误差和星历误差时定位精度不高的特点,提出了一种基于多次观测数据的最小 二乘融合估计定位算法,该算法无需增加观测条件即可有效提高辐射源定位精度。分析了测 量误差、星历误差对单参考站单次定位及融合定位精度的影响,推导了测量误差、星历误差 对定位误差的传递公式,提出了含星历误差影响的最小二乘融合估计加权算法。通过Monte- Carlo仿真验证了误差分析结果和定位算法,并比较了加权最小二乘估计定位和单次定位的 性能。仿真试验表明：在相同观测精度条件下,加权最小二乘融合定位可极大地提高辐射 源定位精度,最大提高10倍以上。     

一种基于统计分析的解定位模糊方法

针对相位测量定位系统是否正确解辐射源位置模糊的判别问题,提出了基于相位差拟合误差均值与方差假设检验的统计判断方法,以逐步剔除错误解;对于剩余的正确辐射源位置估计,给出了提高定位精度的统计处理方法和辐射源位置估计的置信椭圆。仿真试验结果表明,提出的解模糊方法能有效降低将错误解判别为正确解的误判比例,定位结果的统计处理方法可以提升定位精度并缩小置信椭圆。所提方法对于促进相位干涉仪系统的实际应用具有积极意义。     

多校准站TDOA/FDOA无源定位方法

针对运动目标到达时差（Time Difference-of-Arrival,TDOA）/到达频差（Frequency Difference-of-Arrival,FDOA）定位中的接收站定位误差问题,提出了基于多校准站的TDOA/FDOA定位方法,有效降低接收站定位误差的影响,并推导了该方法的克拉美罗下限（Cramér-Rao Lower Bound,CRLB）。理论分析表明,采用多校准站法能有效降低CRLB,提高目标定位精度。同时,当校准站自身定位存在误差时,也将影响对接收站的校准和目标的定位精度。通过仿真实验定量分析了采用多校准站法对定位精度的改善程度。     

四星时差定位中的卫星构型及其定位性能

针对目前多星联合定位研究中对卫星覆盖区域无法长时间高精度定位的问题，提出了一种新型的四星星座构型，并在STK软件中得到了实现。推导了在地球约束情况下基于四星时差定位的误差模型，对卫星全球飞行过程中星座构型变化时的定位性能进行了仿真。仿真结果表明，新型四星星座可以实现在卫星全球飞行过程中对覆盖区域保持高精度定位，在时差测量误差为50 ns且不考虑卫星位置误差的情况下，定位误差在±45°波束范围内优于1.5 km，对多星联合定位技术在工程设计应用上具有重要意义。     

一种量测转换的移动外辐射源多站协同跟踪算法

针对移动外辐射源跟踪问题,提出一种融合到达角(Angle of Arrival,AOA)与到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)观测量的量测转换Kalman滤波(Converted Measurement Kalman Filter,CMKF)算法。首先,采用了一种考虑了传感器位置偏差影响的无源定位算法作为转换非线性的AOA与TDOA观测量至笛卡尔坐标系下观测量的方法,并证明了当AOA与TDOA的测量噪声以及传感器位置偏差都服从高斯分布且噪声强度不大时,该量测转换方法的位置转换误差能达到克拉美罗(Cramér-Rao Lower Bound,CRLB)界;其次,在量测转换的基础上构建了关于移动外辐射源的线性状态空间模型,将非线性的目标跟踪问题转化为线性滤波问题,并最终使用标准Kalman滤波器实时跟踪移动外辐射源位置。仿真结果不仅验证了量测转换精度与理论分析结论吻合,还表明了所提CMKF算法的跟踪精度同时优于扩展Kalman滤波器、无迹滤波器以及粒子滤波器。     

时差型卫星定位系统目标位置标校算法的误差分析

针对时差型卫星定位系统位置标校算法中标校源选择的问题,首先建立了基于单个标校源的标校方法的误差分析模型,分析了参数的系统性误差和随机测量误差对标校效果的影响;其次,定义了两类定位误差改善因子,用来定量描述标校算法对定位精度的改善能力,并可以通过理论计算评价标校源的标校效果,从而为标校源的选择提供了依据。最后,仿真分析验证了误差分析模型及定位误差改善因子的有效性。     

基于ADS-B的高精度站间同步方法

自动相关监视（ADS-B）可用于多站定位系统中实现时间同步，但直接同步的精度不足以满足工程应用的需要。为了提高同步精度，首先推导了利用ADS-B实现站间同步的机理模型，在实测数据的基础上仿真了直接同步方法的精度水平；其次分析了ADS-B位置误差的类型和来源，得到了不同误差类型的分布特征；最后根据不同误差类型的特点，提出了一种降低ADS-B误差影响的高精度多站同步的方法。该方法可有效降低ADS-B系统延时误差和定位误差对同步精度的影响，以实测数据为基础的仿真结果表明该方法可实现纳秒级的站间同步精度，具有良好的工程应用价值。