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低軌衛星多目標無源定位到達時差分選方法*

電子技術應用

徐鵬1，2，雷同1，2，熊煉1，2，歐陽鑫信3

（1.重慶郵電大學通信與信息工程學院，重慶 400065；2.重慶郵電大學移動通信重點實驗室，重慶 400065； 3.電子科技大學信息與通信工程學院，四川成都 611731）

摘要： 低地球軌道（Low Earth Orbit，LEO）衛星無源定位場景中不同目標輻射源之間相互干擾、時頻混疊，不同目標的到達時差（Time Difference Of Arrival，TDOA）參數混雜難以區分，較難實現精準目標定位。基于網格密度聚類算法（Clustering Algorithm based on Grid Density，CAGD）的基本原理，并利用TDOA參數的多復雜特征，構建多目標TDOA參數分選模型，實現TDOA定位參數分選。模型通過定義網格密度波谷，解決了定位目標間數據被聚為一類的問題，同時引入位置相連原則實現最佳類簇合并，最終實現定位參數分選。仿真結果表明，相較于傳統網格及密度聚類方法，本方法對LEO衛星無源定位場景下的多目標TDOA參數分選表現更好。

關鍵詞： 星載無源定位網格密度聚類多目標到達時差

中圖分類號：TN95 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223513
中文引用格式： 徐鵬，雷同，熊煉，等. 低軌衛星多目標無源定位到達時差分選方法[J]. 電子技術應用，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

無源定位是指通過觀測站探測目標輻射源自身發出的電磁波或散射的非協作信號，然后通過估計待測目標的定位參數并求解其定位方程，最終得到目標的運動狀態及位置信息。同時由于觀測站不向外輻射信號，因此無源定位具備探測距離遠、隱蔽性強、反隱身能力強、生存力高等優勢，在現代信息化戰場中能有效提高定位系統的生存能力[1-3]。

無源定位系統可以分為單站無源定位系統和多站無源定位系統兩大類，其中單站定位系統通過單個觀測平臺持續觀測目標輻射源，逐漸積累定位信息，最終獲取目標位置信息，盡管其具有設備簡單、使用靈活的特點，但難以勝任戰場中的復雜電磁環境、實時定位的要求[4]。多站定位系統有雙觀測站定位、三觀測站定位等，其中較為常用的雙觀測站無源定位系統由兩顆相距較近且時鐘同步的低地球軌道(Low Earth Orbit，LEO)衛星、地面雷達接收站、定位數據處理中心等基本設施組成。該系統主要通過利用LEO衛星的運行特性，即運行速度較快，可在一段時間范圍內觀測大量定位參數，如到達頻差、信號到達時差(Time Difference Of Arrival，TDOA)、接收信號強度、到達角度等參數，以確定輻射源及其載體平臺位置[5]。故相較于單站無源定位系統，多站無源定位系統具有定位時間短、定位精度高的優點[6-7]。

在LEO衛星無源定位系統中，主要利用待定位目標的定位參數，通過求解相應的位置定位方程，得到目標的具體位置信息，最終實現目標定位跟蹤。但若存在多個待定位目標且數量未知時，不同目標的定位參數混合，需首先對獲取的觀測數據集進行定位參數分選，才能針對性獲取某個目標的準確位置信息，其中較為常用的方式為多站時差參數分選。

通過利用到達衛星的雷達輻射信號存在時差信息這一特征進行分選，在較短的時間范圍內衛星與輻射源的相對位置變化較小，因此其時差信息穩定，故利用時差信息作為定位參數進行分選的可靠性較高，可得到較為準確的目標位置信息[8]。

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作者信息：

徐鵬1，2，雷同1，2，熊煉1，2，歐陽鑫信3

（1.重慶郵電大學通信與信息工程學院，重慶 400065；2.重慶郵電大學移動通信重點實驗室，重慶 400065；3.電子科技大學信息與通信工程學院，四川成都 611731）

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