低轨卫星多目标无源定位到达时差分选方法*-AET-电子技术应用

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。

关键词： 星载无源定位网格密度聚类多目标到达时差

中图分类号：TN95 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223513
中文引用格式：徐鹏，雷同，熊炼，等. 低轨卫星多目标无源定位到达时差分选方法[J]. 电子技术应用，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

无源定位是指通过观测站探测目标辐射源自身发出的电磁波或散射的非协作信号，然后通过估计待测目标的定位参数并求解其定位方程，最终得到目标的运动状态及位置信息。同时由于观测站不向外辐射信号，因此无源定位具备探测距离远、隐蔽性强、反隐身能力强、生存力高等优势，在现代信息化战场中能有效提高定位系统的生存能力[1-3]。

无源定位系统可以分为单站无源定位系统和多站无源定位系统两大类，其中单站定位系统通过单个观测平台持续观测目标辐射源，逐渐积累定位信息，最终获取目标位置信息，尽管其具有设备简单、使用灵活的特点，但难以胜任战场中的复杂电磁环境、实时定位的要求[4]。多站定位系统有双观测站定位、三观测站定位等，其中较为常用的双观测站无源定位系统由两颗相距较近且时钟同步的低地球轨道(Low Earth Orbit，LEO)卫星、地面雷达接收站、定位数据处理中心等基本设施组成。该系统主要通过利用LEO卫星的运行特性，即运行速度较快，可在一段时间范围内观测大量定位参数，如到达频差、信号到达时差(Time Difference Of Arrival，TDOA)、接收信号强度、到达角度等参数，以确定辐射源及其载体平台位置[5]。故相较于单站无源定位系统，多站无源定位系统具有定位时间短、定位精度高的优点[6-7]。

在LEO卫星无源定位系统中，主要利用待定位目标的定位参数，通过求解相应的位置定位方程，得到目标的具体位置信息，最终实现目标定位跟踪。但若存在多个待定位目标且数量未知时，不同目标的定位参数混合，需首先对获取的观测数据集进行定位参数分选，才能针对性获取某个目标的准确位置信息，其中较为常用的方式为多站时差参数分选。

通过利用到达卫星的雷达辐射信号存在时差信息这一特征进行分选，在较短的时间范围内卫星与辐射源的相对位置变化较小，因此其时差信息稳定，故利用时差信息作为定位参数进行分选的可靠性较高，可得到较为准确的目标位置信息[8]。

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作者信息：

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）

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