基于半物理仿真的无源定位载荷定位能力测试方法

摘要

本发明公开了一种基于半物理仿真的无源定位载荷定位能力测试方法，其包括以下步骤：步骤一，模拟源产生相应的模拟信号，设定相应参数；步骤二，卫星加电后，数管分系统、姿轨控分系统加电正常工作，地面GPS模拟器加电正常工作；数管分系统校时，GPS模拟器校时，确保数管分系统广播的星上时间、姿轨控分系统发送的轨道时间、GPS模拟器发送的GPS时间一致；步骤三，上注载荷程控作业指令，无源定位载荷按指令设定时序开机并工作一段时间，实现星上目标定位，载荷关机，完成数据下传后，卫星断电；步骤四，地面数据处理系统接收星上下传数据，处理获得星上定位结果等。本发明试验成本小，耗时少，减少对卫星产品面临的潜在危险，实际使用较多。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无源定位载荷定位能力测试方法，特别是涉及一种基于半物理仿真的无源定位载荷定位能力测试方法。

背景技术

众所周知，对辐射源进行测向定位的无源定位载荷在军事和民用领域内都有着重要而广泛的应用。在军事领域，对港口、机场、军舰和导弹发射场地等军事设施的雷达、通讯、测控等无线电辐射源进行侦察定位，对于实施针对性电子干扰和军事打击具有重要作用；在民用领域，可在交通管制、生命救援、无线电频谱管理等方面发挥重要作用。当前，对辐射源的定位指标已经成为了无源定位卫星最核心、最重要的技术要求之一。

定位能力作为一项整星级的重要指标，可直接决定无源定位卫星的最终效能。该指标除涉及到无源定位载荷外，还需星上其他系统协同工作，因此目前在无源定位载荷分系统级，往往不具备对该项指标的测试条件，从而在整星状态下提出了测试需求。

据了解，目前对该项指标的测试方法，通常外场试验，如图1所示。即将整星置于外场环境中，将辐射源安装于车辆上或专用可移动塔架上，辐射天线与卫星接收天线相对，辐射源运动，无源定位卫星侦收该信号，并对其进行定位，地面显控与处理系统接收无源定位卫星的定位信息和地面模拟源GPS系统报送的位置信息，二者比对，获取定位误差，从而实现对该项指标的测试。

该方法首先要求外场较为空旷，场地较大，满足车辆或塔架稳定高速运行要求；此外对设备量要求较大，需配备相应的车辆或塔架，并配置跑道或导轨；另外还需在车辆或塔架上安装相应的GPS装置。由于该方法测试成本较高，同时外场易受天气影响，对卫星产品存在一定的风险隐患，目前大多数的无源定位卫星并未使用该方法，对定位能力通常通过分析来确认，缺少相应的实测结果支撑。

随着无源定位卫星的发展，如何在整星状态下实现对定位能力的测试，更好的对其性能进行评估，成为一个亟待解决的内容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于半物理仿真的无源定位载荷定位能力测试方法，其试验成本小，耗时少，减少对卫星产品面临的潜在危险，实际使用较多。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于半物理仿真的无源定位载荷定位能力测试方法，其包括以下步骤：

步骤一，模拟源产生相应的模拟信号，设定相应参数；

步骤二，卫星加电后，数管分系统、姿轨控分系统加电正常工作，地面GPS模拟器加电正常工作；数管分系统校时，GPS模拟器校时，确保数管分系统广播的星上时间、姿轨控分系统发送的轨道时间、GPS模拟器发送的GPS时间一致；

步骤三，上注载荷程控作业指令，无源定位载荷按指令设定时序开机并工作一段时间，实现星上目标定位，载荷关机，完成数据下传后，卫星断电；

步骤四，地面数据处理系统接收星上下传数据，处理获得星上定位结果；

步骤五，利用地面仿真软件，根据星上测得的角度信息、广播的各时间信息、GPS信息、姿轨控信息，仿真计算获得目标真实的经纬度数据；

步骤六：将二者比对，利用地面仿真软件求取位置差，从而获得定位误差的测量结果，实现对定位能力的定性评估。

优选地，所述步骤三包括以下步骤：

步骤三十一，开始；

步骤三十二，每0.5s从接收信息中获得卫星广播时间、姿轨信息以及GPS数据；

步骤三十三，判断是否有信号，是则转步骤三十四，不是则转步骤三十八；

步骤三十四，获取该信号的入射角信息；

步骤三十五，根据当前时间、GPS数据推算卫星当前的位置；

步骤三十六，推算是否成功，是则转步骤三十七，不是则转步骤三十八；

步骤三十七，计算转换矩阵，求解目标的位置；

步骤三十八，结束。

优选地，所述基于半物理仿真的无源定位载荷定位能力测试方法还包括无源定位载荷、数管、姿轨控及地面GPS模拟器、模拟源、数据处理系统在内的半物理仿真系统，半物理仿真系统中，无源定位载荷用于接收数管、姿轨控广播的相关信息，接收模拟源信号，实现星上目标定位；数管用于实现星上指令的解析转发及星上时间、姿轨控时间的统一；姿轨控用于保持与数管时间的统一，并发送时间信息、姿态信息、轨道信息给无源定位载荷；地面GPS模拟器用于实现目标位置信息和GPS时间的模拟；模拟源用于产生可侦收的目标信号；半物理仿真系统可获取星上对目标的定位结果和地面仿真对目标的定位结果参数，比对二者，获取无源定位卫星的定位误差，对无源定位卫星定位能力指标实现定量分析和评估。

优选地，所述基于半物理仿真的无源定位载荷定位能力测试方法还包括首次在整星厂房电测试环境下，实现对无源定位载荷定位能力测试，从而对该指标实现功能性能评估的方法。

本发明的积极进步效果在于：本发明试验成本小，耗时少，减少对卫星产品面临的潜在危险，实际使用较多。

附图说明

图1为本发明基于半物理仿真的无源定位载荷定位能力测试方法的流程示意图。

图2为本发明中步骤三的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明基于半物理仿真的无源定位载荷定位能力测试方法，包括以下步骤：

步骤一，模拟源产生相应的模拟信号，设定相应参数；

步骤二，卫星加电后，数管分系统、姿轨控分系统加电正常工作，地面GPS模拟器加电正常工作；数管分系统校时，GPS(全球定位系统)模拟器校时，确保数管分系统广播的星上时间、姿轨控分系统发送的轨道时间、GPS模拟器发送的GPS时间一致；

本发明方法预先在星上数管分系统中设定了校时功能，该功能通过上注指令实现；GPS模拟器也具备了手动校时功能。二者同时校时，可保证星上时统误差满足测试需求。

步骤三，上注无源定位载荷程控作业指令，无源定位载荷按指令设定时序开机并工作一段时间，实现星上目标定位。载荷关机，完成侦收数据下传后，卫星断电。

本步骤中上注的无源定位载荷程控作业指令涵盖了载荷加电时间、工作时长、加断电控制、工作模式设置、状态控制字设置、传输接口设置等指令，通过该项指令可实现对无源定位载荷某次工作的全过程控制。

步骤四，地面数据处理系统接收星上下传数据，处理获得星上定位结果(目标的经纬度)。

步骤五，利用地面仿真软件，根据星上测得的角度信息、广播的各时间信息、GPS信息、姿轨控信息，仿真计算获得目标真实的经纬度数据。

该地面仿真软件以多组星上广播的时间、GPS信息、姿轨控信息、实测的入射角作为输入，采用利用拉格朗日插值法推算卫星的当前位置，利用姿态角和入射角实现坐标系变换，最终在84坐标系下求解卫星与目标的连线的直线方程、目标所在的椭球面方程，最终获得目标的位置信息。

步骤六，将二者比对，利用地面仿真软件求取位置差，从而获得定位误差的测量结果，实现对定位能力的定性评估。

本实例因姿轨控存在多种状态，所以结合不同状态进行了多次测试，以满足测试覆盖性要求。

如图2所示，所述步骤三包括以下步骤：

步骤三十一，开始；

步骤三十二，每0.5s从接收信息中获得卫星广播时间、姿轨信息以及GPS数据；

步骤三十三，判断是否有信号，是则转步骤三十四，不是则转步骤三十八；

步骤三十四，获取该信号的入射角信息；

步骤三十五，根据当前时间、GPS数据推算卫星当前的位置；

步骤三十六，推算是否成功，是则转步骤三十七，不是则转步骤三十八；

步骤三十七，计算转换矩阵，求解目标的位置；

步骤三十八，结束。

本发明还包括无源定位载荷、数管、姿轨控及地面GPS模拟器、模拟源、数据处理系统在内的半物理仿真系统，半物理仿真系统中，无源定位载荷用于接收数管、姿轨控广播的相关信息，接收模拟源信号，实现星上目标定位；数管用于实现星上指令的解析转发及星上时间、姿轨控时间的统一；姿轨控用于保持与数管时间的统一，并发送时间信息、姿态信息、轨道信息给无源定位载荷；地面GPS模拟器用于实现目标位置信息和GPS时间的模拟；模拟源用于产生可侦收的目标信号；半物理仿真系统可获取星上对目标的定位结果和地面仿真对目标的定位结果参数，比对二者，获取无源定位卫星的定位误差，对无源定位卫星定位能力指标实现定量分析和评估。

本发明还包括首次在整星厂房电测试环境下，实现对无源定位载荷定位能力测试，从而对该指标实现功能性能评估的方法。

本发明通过星上无源定位载荷、数管、姿轨控协同工作，地面GPS模拟器配合，辅助地面模拟辐射源，实现了整星状态下无源定位载荷的定位，与地面定位软件处理结果进行比对，从而对载荷的定位能力实现测试，对其定位结果进行定量评估。上述设计方法已经在某航天器无源定位载荷测试中得到应用。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。