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一种基于短合成孔径的双星干涉精确定位方法

孙光才 王裕旗 高昭昭 江帆 邢孟道 保铮

引用本文: 孙光才, 王裕旗, 高昭昭, 江帆, 邢孟道, 保铮. 一种基于短合成孔径的双星干涉精确定位方法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(2): 472-479. doi: 10.11999/JEIT180940 shu
Citation:  Guangcai SUN, Yuqi WANG, Zhaozhao GAO, Fan JIANG, Mengdao XING, Zheng BAO. A Dual Satellite Interferometric Precise Localization Method Based on Short Synthetic Aperture[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2020, 42(2): 472-479. doi: 10.11999/JEIT180940 shu

一种基于短合成孔径的双星干涉精确定位方法

    作者简介: 孙光才: 男,1984年生,博士,副教授,研究方向为合成孔径雷达成像和动目标检测;
    王裕旗: 男,1994年生,博士生,研究方向为合成孔径雷达成像;
    高昭昭: 男,1982年生,博士,高级工程师,研究方向为雷达信号处理和毫米波无源成像探测;
    江帆: 女,1988年生,博士,高级工程师,研究方向为阵列信号处理与微波光子;
    邢孟道: 男,1975年生,博士,教授,研究方向为雷达成像和目标检测与识别;
    保铮: 男,1927年生,中国科学院院士,研究方向为雷达系统与雷达信号处理、动目标检测、阵列信号处理、空时自适应信号处理等
    通讯作者: 孙光才,rsandsgc@126.com
  • 基金项目: 电子信息控制重点实验室基金(20170105)

摘要: 双星TDOA/FDOA联合定位通过时差曲面和频差曲面进行定位,定位的精度受时差/频差测量精度的影响。针对精确测量时差/频差的需求,该文提出一种基于短合成孔径的双星干涉测量时差/频差的方法,利用一定长度的合成孔径提高测量精度。对于窄带信号,该方法有估计单星多普勒频率的能力,通过两颗卫星单独估计的结果得到频差;对于宽带信号,通过双星数据干涉可以获得频差的高精度估计。对于短期稳定的雷达信号,STK仿真数据的处理结果证实了该方法在大范围内可以实现1 km的定位精度。

English

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  • 图 1  双星信号模型

    图 2  频差测量算法流程

    图 3  双星定位模型

    图 4  有噪声的情况下干涉的相位图

    图 5  某个脉冲距离向剖面图

    图 6  LFM信号频差均方误差值随信噪比变化

    图 7  单频信号频差均方误差值随信噪比变化

    图 8  时差均值随信噪比的变化

    图 9  双星时差频差定位的GDOP (km)

    表 1  STK仿真数据处理结果

    载频(GHz)脉宽(μs)脉冲重复周期(μs)带宽(MHz)基频测量结果(Hz)基频测量误差(Hz)相对误差(Hz)
    1.591010010–4781.533.97422.16
    1.5910100101710.531.8189
    1.781010010–1120.340.68524.20
    1.7810100102486.236.4891
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    表 2  时差频差定位结果

    载频(GHz)脉宽(μs)脉冲重复周期(μs)带宽(MHz)目标真实位置(m)目标测量位置(m)相对误差(m)
    1.591010010(6303534, –92215, 968286)(6303532, –92876, 968234)662
    1.591010010(6348796, –27959, 610439)(6348797, –27448, 610446)510
    1.781010010(6339522, –16218, 700588)(6339520, –16829, 700590)611
    1.781010010(6374947, 30978, 199294)(6374945, 30530, 199409)462
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    表 3  常规方法定位结果

    目标真实位置(m)目标测量位置(m)相对误差(m)
    (6303534, –92215, 968286)(6303808, –91936, 970069)1825
    (6348796, –27959, 610439)(6348976, –28173, 612353)1935
    (6339522, –16218, 700588)(6339615, –16496, 701470)930
    (6374947, 30978, 199294)(6374905, 30788, 198028)1280
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  • 通讯作者:  孙光才, rsandsgc@126.com
  • 收稿日期:  2018-10-09
  • 录用日期:  2019-07-18
  • 网络出版日期:  2019-09-17
  • 刊出日期:  2020-02-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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