基于多普勒参数测量的单星无源定位技术研究

摘要

单星无源定位技术由于其具有隐蔽性强、不受空域和时间限制等众多优势，在现代战争中可以发挥重要作用，受到了世界各国的重视，其中利用多普勒信息的无源定位技术具有成本低、载荷小、对卫星姿态无特殊要求等特点，是本文研究的重点。然而，由于卫星平台距离目标较远，使得接收信号能量小，信噪比低，信号参数测量难度较大。针对上述问题，本文着重研究了两种多普勒信息的高精度测量技术，以及相对应的定位方法，具体内容和创新如下：
　　1、建立了单星无源定位的运动模型和信号模型，分析了接收信号的多普勒特性，论证了利用信号多普勒特性进行定位的可行性，并阐述了一种基于二维网格搜索的定位解算方法。
　　2、研究了基于多普勒频率的单星无源定位技术。针对FFT方法测频存在精度低的问题，本文在粗测频的基础上提出利用Chirp-Z变换方法进行频谱细化，提高了频率的测量精度。进一步，基于频率测量结果给出定位的几何精度（GDOP）分布图，分析了各种参数误差对定位性能的影响。仿真实验表明，所提算法的参数测量误差比FFT算法低两个数量级，可实现定位误差小于1％的准确定位。
　　3、提出了一种基于多普勒频率变化率的单星无源定位技术。在参数测量方面，提出一种针对高载频信号的多普勒频率变化率的测量方法，通过对分段信号进行共轭相乘提取信号的多普勒频率变化率。在定位性能方面，针对本章所提算法，绘制相应的几何精度（GDOP）分布图，分析了各种参数误差对定位性能的影响。仿真实验表明，在高载频条件下所提算法的测量精度达到了Hz/s级别，相对定位误差可达到1%以内。
　　4、设计并实现了单星无源定位的计算机仿真实验。利用STK和MATLAB软件分别模拟了上述两种单星无源定位的过程，对于不同轨道高度的卫星和不同载频信号进行了多次对比实验，取得良好的定位结果，验证了本文定位算法的有效性。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究动态

1.3 论文的主要研究内容及结构安排

第二章 单星无源定位的基本原理

2.1 引言

2.2 单星无源定位模型

2.3 信号多普勒特性分析

2.4 基于多普勒信息的定位原理

2.5 本章小结

第三章 基于多普勒频率的单星无源定位技术

3.1 引言

3.2 基于多普勒频率的单星无源定位技术

3.3 信号多普勒频率测量方法

3.4 定位性能与仿真分析

3.5 本章小节

第四章 基于多普勒频率变化率的单星无源定位技术

4.1 引言

4.2 基于多普勒频率变化率的单星无源定位方法

4.3 信号多普勒频率变化率测量方法

4.4 定位性能与仿真

4.5 本章小节

第五章 单星无源定位计算机仿真实验

5.1 引言

5.2 仿真实验简介

5.3 定位仿真实验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果