350 руб
Журнал «Радиотехника» №12 за 2020 г.
Статья в номере:
Сравнительная эффективность двух разностно-дальномерных методов спутниковой геолокации
Тип статьи: научная статья
DOI: 10.18127/j00338486-202012(24)-02
УДК: 621.396.96
Ключевые слова: Спутниковая геолокация разностно-дальномерный метод прямой метод позиционирования двухэтапный метод позиционирования фазовые искажения мягкие и жесткие решения.
Авторы:

П.А. Кистанов 1, А.А. Титов 2, О.В. Царик 3, И.А. Цикин 4, Е.А. Щербинина 5

1,4,5 Высшая школа прикладной физики и космических технологий,

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

2,3 ООО «Специальный технологический центр» (Санкт-Петербург, Россия)

1 pakistanov@gmail.com; 2 altv7@mail.ru; 3 ovtzar@mail.ru; 4 tsikin@mail.spbstu.ru; 5 lizspbstyle@gmail.com

Аннотация:

Постановка проблемы. Для определения координат источника радиоизлучения (ИРИ) применяются инструменты спутниковой геолокации (СГЛ) [1, 2, 4]. При этом земная станция СГЛ (ЗС СГЛ) осуществляет раздельный прием разнесенными антеннами сигналов «основного» спутника-ретранслятора (СР1), ресурс которого некорректно используется, и «соседних» СР2 и СР3, которые ретранслируют сигнал того же ИРИ, принятый ими вследствие наличия боковых лепестков диаграммы направленности передающей антенны рассматриваемого ИРИ [1, 5]. Путем совместной обработки принятых сигналов на ЗС СГЛ можно получить оценки координат ИРИ. Возникает естественный вопрос о возможности и эффективности применения такого метода в СГЛ, где типичным является ослабление принимаемых сигналов ИРИ от СР2 и СР3 на −50 дБ и более по сравнению с сигналом от СР1 [2]. При этом важно учитывать реальные условия работы системы СГЛ, когда заранее неизвестными являются не только форма, но и полоса частот сигнала ИРИ, так что возможны ситуации, когда полоса частот анализа как больше, так и меньше полосы частот сигнала ИРИ.

Цель. Провести сравнительный анализ эффективности одноэтапного и двухэтапного разностно-дальномерных методов определения координат ИРИ в системе СГЛ.

Результаты. Путем статистического моделирования получены оценки точности определения местоположения (ОМП) источника радиоизлучения сигналов неизвестной формы в зависимости от отношений сигнал/шум как в основном, так и в соседних каналах системы СГЛ, а также от интервала времени и полосы частот анализа. Рассмотрено влияние фазовых искажений сигналов в каналах системы СГЛ на точность ОМП источника при разбиении временного интервала анализа на ряд частных интервалов с последующим использованием «жестких» или «мягких» частных решений при ОМП.

Практическая значимость. Рассмотренные методы обработки при многократных измерениях с «мягкими» и «жесткими» решениями позволяют снизить потери в точности позиционирования. При этом результаты моделирования для типичных реализаций фазовых искажений показали наибольшую эффективность метода с «мягкими» решениями в наиболее тяжелых условиях приема сигналов (диапазон значений затухания −50…−65 дБ).

Страницы: 17-30
Для цитирования

Кистанов П.А., Титов А.А., Царик О.В., Цикин И.А., Щербинина Е.А. Сравнительная эффективность двух разностно-дальномерных методов спутниковой геолокации // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 12(24). С. 17−30. DOI: 10.18127/j00338486-202012(24)-02.

Список источников
  1. Chan M. Application of a dual satellite geolocation system on locating sweeping interference // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2012. № 6. Р. 1029−1034.
  2. Haworth D., Smith N., Bardelli R., Clement T. Interference localization for EUTELSAT satellites – the first european transmitter location system // International journal of satellite communications. 1997. № 15. Р. 155−183. 
  3. Griffin C., Duck S. Interferometric radio-frequency emitter location // IEE Proceedings-Radar, Sonar and Navigation. 2002. № 149. Р. 153−160
  4. Yan H., Cao J.K., Chen L. Study on location accuracy of Dual-Satellite Geolocation system // IEEE 10th International Conference on Signal Processing Proceedings. 2008. C. 107−110.
  5. Wu R., Zhang Y., Huang Y., Xiong J., Deng Z. A Novel Long-Time Accumulation Method for Double-Satellite TDOA/FDOA Interference Localization // Radio Science. 2018. № 53. Р. 129−142.
  6. Ho K.C., Chan Y.T. Geolocation of a known altitude object from TDOA and FDOA measurements // IEEE transactions on aerospace and electronic systems. 1997. № 33(3). Р. 770–783.
  7. Ho K.C., Chan Y.T. Solution and performance analysis of geolocation by TDOA/ / IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1993. № 29(4). Р. 1311–1322.
  8. Weiss A.J., Amar A. Direct geolocation of stationary wideband radio signal based on time delays and Doppler shifts // 2009 IEEE/SP 15th Workshop on Statistical Signal Processing. 2009. Р. 101−104.
  9. Ma F., Liu Z.-M., Guo F. Direct Position Determination for Wideband Sources Using Fast Approximation // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2019. № 68. Р. 8216−8221. 
  10. Ma F., Guo F., Yang L. Low-complexity TDOA and FDOA localization: A compromise between two-step and DPD methods // Digital Signal Processing. 2020. 96 р.
  11. VankayalapatiN., Kay S., Ding Q. TDOA based direct positioning maximum likelihood estimator and the Cramer-Rao bound // IEEE transactions on aerospace and electronic systems. 2014. № 50. Р. 1616−1635.
  12. Zhou P., Zhang Q., Lin H., Yu P. The influence of sampling mode on the accuracy of satellite interference geolocation // 2017 IEEE International Conference on Signal Processing, Communications and Computing (ICSPCC). 2017. Р. 1−5.
  13. Zheng-bo S., Shang-Fu Y. Analysis on parameter error of satellite interference location // 2004 Asia-Pacific Radio Science Conference Proceedings. 2004. Р. 265−268.
  14. Севидов В., Чемаров А. Определение координат спутников-ретрансляторов в разностно-дальномерной системе геолокации // Известия Высших учебных заведений России. 2015. № 3. C. 41.
  15. Smith J., Abel J. The spherical interpolation method of source localization // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 1987. № 12(1). Р. 246–252.
  16. Huang Y., Benesty J., Elko G.W. An efficient linear-correction least-squares approach to source localization // Proceedings of the 2001 IEEE Workshop on the Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics. 2001. Р. 67–70.
  17. Martinez A., AguadoAgelet F., Alvarez-Vázquez L. J., Hernando J. M., Mosteiro D. Optimal transmitter location in an indoor wireless system by Nelder–Mead method // Microwave and optical technology letters. 2000. № 27(2). Р. 146–148.
  18. Варгаузин В.А., Потапичев В.Н. Применение оптимизационного алгоритма Недлера−Мида при решении спутниковой геолокационной задачи разностно-дальномерным методом // Неделя науки СПбПУ. 2017. C. 8–10. 
  19. Cao J. A new hybrid algorithm on TDOA localization in wireless sensor network // IEEE International Conference on Information and Automation. 2011. Р. 606–610. 
  20. Van Trees H.L., Bell K.L. Detection estimation and modulation theory. Wiley. 2013.
  21. Цикин И.А., Щербинина Е.А. Потенциальная точность оценки углов ориентации на основе анализа функции правдоподобия сигналов GPS на элементах приемной антенной решетки // Радиотехника. 2016. Т. 80. № 12. С. 144−149.
  22. Мелихова А.П., Цикин И.А. Алгоритмы принятия решения при пеленгационном методе контроля целостности навигационного поля // Радиотехника. 2018. Т. 82. № 1. С. 63−75.
  23. Kistanov P., Titov A., Tsarik O., Tsikin I., Shcherbinina E. Satellite geolocation direct method in the presence of phase distortions // 2020 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech).2020.
  24. Maral G., Bousquet M., Sun Z. Satellite communications systems: systems, techniques and technology. John Wiley & Sons. 2020.
  25. Celestrak orbit visualization. http://www.celestrak.com/NORAD/elements/geo.txt, last accessed 2020/11/1F.
Дата поступления: 03.11.2020