《電子技術(shù)應(yīng)用》
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低轨卫星多目标无源定位到达时差分选方法*
电子技术应用
徐鹏1，2，雷同1，2，熊炼1，2，欧阳鑫信3
（1.重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065；2.重庆邮电大学移动通信重点实验室，重庆 400065； 3.电子科技大学 信息与通信工程学院，四川 成都 611731）
摘要： 低地球轨道（Low Earth Orbit，LEO）卫星无源定位场景中不同目标辐射源之间相互干扰、时频混叠，不同目标的到达时差（Time Difference Of Arrival，TDOA）参数混杂难以区分，较难实现精准目标定位。基于网格密度聚类算法（Clustering Algorithm based on Grid Density，CAGD）的基本原理，并利用TDOA参数的多复杂特征，构建多目标TDOA参数分选模型，实现TDOA定位参数分选。模型通过定义网格密度波谷，解决了定位目标间数据被聚为一类的问题，同时引入位置相连原则实现最佳类簇合并，最终实现定位参数分选。仿真结果表明，相较于传统网格及密度聚类方法，本方法对LEO卫星无源定位场景下的多目标TDOA参数分选表现更好。
中圖分類號(hào)：TN95 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223513
中文引用格式： 徐鵬，雷同，熊煉，等. 低軌衛(wèi)星多目標(biāo)無(wú)源定位到達(dá)時(shí)差分選方法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(9)：120-127.
英文引用格式： Xu Peng，Lei Tong，Xiong Lian，et al. Arrival time difference sorting method for multi-target passive positioning of low earth orbit[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(9)：120-127.
Arrival time difference sorting method for multi-target passive positioning of low earth orbit
Xu Peng1，2，Lei Tong1，2，Xiong Lian1，2，Ouyang Xinxin3
(1.School of Communication and Information Engineering， Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065， China； 2.Key Laboratory of Mobile Communication， Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065， China； 3.School of Information and Communication Engineering， University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu 611731， China)
Abstract： In passive positioning scenarios of Low Earth Orbit (LEO) satellites, different target radiation sources interfere with each other, and the Time Difference of Arrival (TDOA) parameters of different targets are mixed and difficult to distinguish, so it is difficult to achieve accurate target positioning. In this paper, based on the basic principle of Clustering Algorithm based on Grid Density (CAGD) and the multi-complex characteristics of TDOA parameters, a multi-objective TDOA parameter sorting model is constructed to achieve TDOA parameter sorting. By defining the grid density trough, the model solves the problem that the data among localization targets are clustered into one class, and introduces the principle of position connection to realize the best clustering, and finally realizes the sorting of localization parameters. The simulation results show that compared with the traditional grid and density clustering methods, the proposed method performs better in the multi-target TDOA parameter sorting in the scenario of LEO satellite passive positioning.
Key words : satellite-based passive positioning；mesh density clustering；multi-objective；time difference of arrival

0　引言

無(wú)源定位是指通過(guò)觀測(cè)站探測(cè)目標(biāo)輻射源自身發(fā)出的電磁波或散射的非協(xié)作信號(hào)，然后通過(guò)估計(jì)待測(cè)目標(biāo)的定位參數(shù)并求解其定位方程，最終得到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及位置信息。同時(shí)由于觀測(cè)站不向外輻射信號(hào)，因此無(wú)源定位具備探測(cè)距離遠(yuǎn)、隱蔽性強(qiáng)、反隱身能力強(qiáng)、生存力高等優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場(chǎng)中能有效提高定位系統(tǒng)的生存能力[1-3]。

無(wú)源定位系統(tǒng)可以分為單站無(wú)源定位系統(tǒng)和多站無(wú)源定位系統(tǒng)兩大類，其中單站定位系統(tǒng)通過(guò)單個(gè)觀測(cè)平臺(tái)持續(xù)觀測(cè)目標(biāo)輻射源，逐漸積累定位信息，最終獲取目標(biāo)位置信息，盡管其具有設(shè)備簡(jiǎn)單、使用靈活的特點(diǎn)，但難以勝任戰(zhàn)場(chǎng)中的復(fù)雜電磁環(huán)境、實(shí)時(shí)定位的要求[4]。多站定位系統(tǒng)有雙觀測(cè)站定位、三觀測(cè)站定位等，其中較為常用的雙觀測(cè)站無(wú)源定位系統(tǒng)由兩顆相距較近且時(shí)鐘同步的低地球軌道(Low Earth Orbit，LEO)衛(wèi)星、地面雷達(dá)接收站、定位數(shù)據(jù)處理中心等基本設(shè)施組成。該系統(tǒng)主要通過(guò)利用LEO衛(wèi)星的運(yùn)行特性，即運(yùn)行速度較快，可在一段時(shí)間范圍內(nèi)觀測(cè)大量定位參數(shù)，如到達(dá)頻差、信號(hào)到達(dá)時(shí)差(Time Difference Of Arrival，TDOA)、接收信號(hào)強(qiáng)度、到達(dá)角度等參數(shù)，以確定輻射源及其載體平臺(tái)位置[5]。故相較于單站無(wú)源定位系統(tǒng)，多站無(wú)源定位系統(tǒng)具有定位時(shí)間短、定位精度高的優(yōu)點(diǎn)[6-7]。

在LEO衛(wèi)星無(wú)源定位系統(tǒng)中，主要利用待定位目標(biāo)的定位參數(shù)，通過(guò)求解相應(yīng)的位置定位方程，得到目標(biāo)的具體位置信息，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位跟蹤。但若存在多個(gè)待定位目標(biāo)且數(shù)量未知時(shí)，不同目標(biāo)的定位參數(shù)混合，需首先對(duì)獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行定位參數(shù)分選，才能針對(duì)性獲取某個(gè)目標(biāo)的準(zhǔn)確位置信息，其中較為常用的方式為多站時(shí)差參數(shù)分選。

通過(guò)利用到達(dá)衛(wèi)星的雷達(dá)輻射信號(hào)存在時(shí)差信息這一特征進(jìn)行分選，在較短的時(shí)間范圍內(nèi)衛(wèi)星與輻射源的相對(duì)位置變化較小，因此其時(shí)差信息穩(wěn)定，故利用時(shí)差信息作為定位參數(shù)進(jìn)行分選的可靠性較高，可得到較為準(zhǔn)確的目標(biāo)位置信息[8]。



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作者信息：

徐鵬1，2，雷同1，2，熊煉1，2，歐陽(yáng)鑫信3

（1.重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065；2.重慶郵電大學(xué)移動(dòng)通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065；3.電子科技大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，四川 成都 611731）


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