李思靜，蔡鴻昀，周 平

（國家無線電監(jiān)測中心深圳監(jiān)測站，廣東 深圳 518120）

0 引言

衛(wèi)星干擾源定位普遍采用雙星定位技術對干擾源上行站進行定位，而雙星定位結果的精度主要取決于雙星星歷的精度，目前，定位衛(wèi)星干擾源使用的星歷主要從國外公開網(wǎng)站下載。公開星歷若直接用于衛(wèi)星干擾源定位，定位誤差為幾百千米至幾千千米，此時定位結果完全失去意義。為了得到較為精確的定位結果，干擾源定位系統(tǒng)需要發(fā)射多個上行站地理位置分散的參考源信號用以校準雙星星歷，其中，參考源信號是指受干擾衛(wèi)星上已知頻點及上行站位置的星上信號。通過對星歷校準，定位結果精度可提升至幾十千米量級。當前，主流定位系統(tǒng)對參考源及干擾信號的采集方式普遍為窄帶模式，該模式會給星歷校準模型引入額外的誤差，隨著 AD技術的迅速發(fā)展，基于 500 MHz超寬帶采集的衛(wèi)星干擾源定位系統(tǒng)已投入使用，能夠提升衛(wèi)星干擾源定位精度。

1 雙星定位原理

當某顆地球靜止軌道衛(wèi)星受到干擾時，干擾源天線的主瓣對著目標衛(wèi)星（以下簡稱主星），干擾源天線的某個旁瓣對著用以輔助定位的某一顆衛(wèi)星（以下簡稱鄰星）。由于兩顆衛(wèi)星的位置不一樣，使兩路信號到達接收站的時間不一致而產(chǎn)生時差TDOA（Time Difference of Arrival），定位系統(tǒng)基于地球固定坐標系在地圖上得出一條TDOA線；由于兩顆衛(wèi)星運動速度的不一致使兩路信號被接收時產(chǎn)生多普勒頻差FDOA（Frequency Difference of Arriva），定位系統(tǒng)在地圖上得出一條FDOA線，兩條線的交點即為干擾源上行站位置。

描述衛(wèi)星位置和速度的信息稱之為星歷。干擾源定位的精度對星歷精度高度敏感，例如，星歷如果在速度上存在0.2 m/s的誤差，將導致定位結果偏離實際干擾源地點多達上千千米。所以，星歷校正技術是定位系統(tǒng)的關鍵技術。

圖1 雙星定位示意圖

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為了消除主星、鄰星鏈路不一致帶來的測量誤差，定位采用引入輔助參考源的方式，引入?yún)⒖荚吹亩ㄎ环匠倘缦拢?/p>

式中，r是定位目標的位置的徑向矢量；r0是參考站位置的徑向矢量；rm是地面接收站位置的徑向矢量；dto（tar）是定位目標信號對兩顆衛(wèi)星的時間差；dto（ref）是參考信號對兩顆衛(wèi)星的時間差；dfo（tar）是定位目標信號對兩顆星產(chǎn)生的多普勒頻移差；dfo（ref）是參考信號對兩顆星產(chǎn)生的多普勒頻移差；v21是兩顆衛(wèi)星速度矢量和；v21（r）、v21（r0），v21（rm）分別為v21在徑向矢量r、r0、rm上的投影；fu表示定位目標信號的上行頻點；fr表示參考信號的上行頻點。

圖2 信號傳輸鏈路圖

3 數(shù)據(jù)采集模式

3.1 窄帶采集

窄帶采集模式的采集帶寬為幾兆至幾十兆不等，由于干擾源頻點及5個參考源頻點隨機分布在500 MHz帶寬內(nèi)，所以完成一次干擾源定位需對6個頻點分別進行采集。數(shù)據(jù)采集流程如下：

（1）射頻信號頻點下變頻到70 MHz中頻。

（2）對目標頻點進行奈奎斯特采樣。

（3）利用采集數(shù)據(jù)進行參數(shù)估計。采集時序如圖3所示，對6個頻點的數(shù)據(jù)采集先后分5次進行，即干擾源頻點與第二至第五參考源頻點分別與第一參考源配對同時采集，每一組數(shù)據(jù)依次在不同時刻采集。由圖4可知，衛(wèi)星干擾源定位系統(tǒng)根據(jù)窄帶采集模式的特點，需要配置4臺變頻器和4塊采集卡。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程如圖4所示。

圖3 窄帶采集時序圖

圖4 窄帶采集系統(tǒng)框圖

3.2 寬帶采集

在寬帶采集模式下，實時采集帶寬大于或等于 500 MHz?；竟ぷ髁鞒倘缦拢?/p>

（1）射頻信號通過變頻器下變頻到 L頻段（950 MHz-1，450 MHz）。

（2）采集設備對整個 500 M頻段進行采集得到數(shù)字信號。

（3）采集卡內(nèi)的高性能 FPGA芯片通過 6路 DDC分別對干擾源頻點及 5個參考源頻點數(shù)字信號進行濾波處理，供定位系統(tǒng)后續(xù)計算。在寬帶采集模式下，系統(tǒng)只需要配置兩臺變頻器、兩塊采集卡。工作原理圖如圖5所示。

圖5 寬帶采集系統(tǒng)工作原理圖

4 實測數(shù)據(jù)比較分析

實測數(shù)據(jù)分為2組，每組數(shù)據(jù)采集定位15次。采樣帶寬為313 kHz，采樣時間分別為2.5 s，5 s。同一套衛(wèi)星干擾源定位系統(tǒng)，使用相同的星歷校準算法，參數(shù)估計算法以及定位算法，采集相同的干擾源頻點及參考源頻點，惟一不同的是數(shù)據(jù)采集模式不同。1個已知上行站作為定位目標信號，5個參考源信號用于定位實驗。

數(shù)據(jù)的對比主要是分析在采樣條件相同的情況下，不同的采集模式下，定位結果準確度的對比。

當采集時間為2.5 s時，寬帶采集15次的平均定位誤差為10 km，窄帶采集15次的平均定位誤差為23.4 km。窄帶采集比寬帶采集的平均定位誤差要高出13.4 km。

當采集時間為5 s時，寬帶采集15次的平均定位誤差為12.2 km，窄帶采集15次的平均定位誤差為30.7 km。窄帶采集比寬帶采集的平均定位誤差要高出18.5 km。

圖6 采集時間為2.5s定位精度結果

圖7 采集時間為5s定位精度結果

5 結束語

從實測數(shù)據(jù)分析可知，相比于窄帶采集模式，基于寬帶采集的衛(wèi)星干擾源定位系統(tǒng)，由于能有效消除參考源不同步采集帶來的近似誤差及變頻器晶振穩(wěn)定度誤差，能明顯改善定位系統(tǒng)定位精度，寬帶采集模式優(yōu)于窄帶采集模式。