CN115436875A - 一种空中移动目标精确定位方法及其*** - Google Patents

一种空中移动目标精确定位方法及其*** Download PDF

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CN115436875A CN202211259056.XA CN202211259056A CN115436875A CN 115436875 A CN115436875 A CN 115436875A CN 202211259056 A CN202211259056 A CN 202211259056A CN 115436875 A CN115436875 A CN 115436875A
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Abstract

本发明属于定位导航技术领域，公开了一种空中移动目标精确定位方法、***、介质、设备及终端，在地面已知固定节点上架设地面节点，地面节点由微波双向接收机和采用抗多径的扼流圈天线的微波天线组成；在被测空中移动目标上放置一套相同的微波双向接收机和微波天线；地面主节点和空中移动目标之间通过实时的双向比对，完成时频同步；将地面三个节点视作伪卫星，根据组建的伪距观测方程组，进行实时的移动目标位置解算。为解决INS***的误差会随着时间逐渐积累，定位误差会显著增大的问题，本发明通过微波信号提供高精度、低成本、高可靠性的定位服务，满足复杂电磁环境下的应用需求。

Description

一种空中移动目标精确定位方法及其***
技术领域
本发明属于定位导航技术领域，尤其涉及一种空中移动目标精确定位方法及其***。
背景技术
高精度定位一直以来是空中移动目标进行自主导航定位的前提。目前，常用的手段是通过卫星定位***/INS（惯性导航***）进行定位，即在卫星信号受干扰或拒止区域内，空中移动目标依赖INS***定位。但INS***的误差会随着时间逐渐积累，所以持续一段时间后，定位误差会显著增大。因此，如何在复杂电磁环境下，不依靠卫星导航/INS***对空中移动目标进行精确定位具有极其重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种空中移动目标精确定位方法及其***，旨在解决面向复杂环境下，不依赖卫星导航***对空中移动目标提供精确定位的需求。
本发明是这样实现的，一种空中移动目标精确定位方法及其***，所述空中移动目标精确定位方法包括以下步骤：
步骤一，含微波天线的微波双向比对接收机的构建，为***提供硬件支撑平台；
步骤二，地面主固定节点和空中移动目标间通过微波双向技术实现时频同步，为***中所有节点提供统一的时间基准；
步骤三，通过对空中移动目标动态误差修正，同时解算空中移动目标接收机钟差值；
步骤四，移动目标位置解算，通过构建伪距观测方程，解算出空中移动目标的实时精确三维位置。
进一步，所述空中移动目标精确定位方法包括：
在地面至少三个已知坐标的固定节点上架设地面节点，选取任意一个作为主节点，另外两个作为普通节点，地面节点由微波双向接收机和采用抗多径的扼流圈天线的微波天线组成；同时在被测空中移动目标上放置一套相同的微波双向接收机和微波天线；地面主节点和空中移动目标之间通过实时的双向比对，完成时频同步；空中移动目标根据接收三个地面节点的伪距观测量、三个地面节点坐标值，进行实时的空中移动目标位置解算。试验时首先需要空中移动目标至少可以收到3个地面固定节点的信号，且地面固定节点间已实现时间和频率同步，这时可将3个地面固定节点作为地面伪卫星。
进一步，所述步骤一中，构建4套含微波天线的微波双向比对接收机，三套架设在已知坐标的固定节点上，且三个地面固定节点间之间已实现时间和频率同步，一套放置在空中移动目标上；构建的微波双向比对接收机包括C波段收发天线、上下变频模块和收发基带。
其中，所述移动目标上C波段收发天线的发射频率为4488MHz，C波段收发天线的接收频率为4188MHz。
所述上下变频模块包括上变频通道和下变频通道；其中，所述上变频通道将收发基带输出的40MHz模拟中频信号通过上变频、滤波和放大后得到4488MHz扩频信号，将4488MHz扩频信号送至发射天线发射；所述下变频通道接收天线的4188MHz信号，通过下变频、滤波和放大后得到94MHz模拟中频信号，将所得到的94MHz模拟中频信号输出至收发基带进行处理。
所述收发基带包括接收通道和发射通道；其中，所述发射通道是将载波、扩频码和调制数据按照时序关系调制后通过DA转换输出至上下变频模块的上变频通道；所述接收通道通过AD转换后进行信号处理和信息处理，测量节点间的距离，所述节点间的距离包含伪距观测量值和载波相位观测量，通过计算获取真实距离和节点间的钟差。
进一步，所述步骤二中，地面主节点和空中移动目标间采用微波双向单程伪距体制作为时间同步方案，同时空中移动目标上的接收机获取地面三个节点的精确坐标值、伪码和载波相位观测量。并在微波双向接收机上采用高稳晶振锁相芯片原子钟的方案得到频率参考信号，将高稳竞争锁相到芯片原子钟上，通过高稳晶振给微波双向***提供10MHz频率参考信号；节点间通过微波双向比对获取钟差数据，在环路滤波器后，将钟差值转换为芯片原子钟的调整量对芯片原子钟进行调控，输出频率基准。
进一步，所述步骤三中，通过采用基于单点伪距归算的运动时延修正算法，使空中移动目标与地面主节点间时间同步精度达到100ps，同时解算获得空中移动目标间接收机钟差。
其中，单点伪距双向时间同步中，空中移动目标
Figure 50673DEST_PATH_IMAGE001
，地面节点
Figure 701097DEST_PATH_IMAGE002
，空中移动目标
Figure 359611DEST_PATH_IMAGE001
发出测距信号，地面主节点
Figure 728276DEST_PATH_IMAGE002
接收到
Figure 28807DEST_PATH_IMAGE001
发射的测距信号时
Figure 799317DEST_PATH_IMAGE003
的C波段收发天线相位中心与
Figure 628733DEST_PATH_IMAGE001
发射该测距信号时的C波段收发天线相位中心几何距离为
Figure 484693DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 824801DEST_PATH_IMAGE002
收到测距信号的同时发射测距信号，
Figure 449818DEST_PATH_IMAGE001
接收到该测距信号时C波段收发天线相位中心与
Figure 715714DEST_PATH_IMAGE005
发射该信号时的C波段收发天线相位中心几何距离为
Figure 793391DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 435725DEST_PATH_IMAGE007
是
Figure 180827DEST_PATH_IMAGE001
接收到
Figure 617625DEST_PATH_IMAGE001
发射的测距信号时
Figure 182598DEST_PATH_IMAGE001
的C波段收发天线相位中心位置。
则地面节点和空中移动目标间接收机钟差计算公式为：
Figure 628623DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，
Figure 461188DEST_PATH_IMAGE009
分别表示
Figure 334466DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 652315DEST_PATH_IMAGE005
测得的双向伪距，
Figure 636451DEST_PATH_IMAGE010
分别表示测距信号从
Figure 90566DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 134746DEST_PATH_IMAGE011
和从
Figure 674311DEST_PATH_IMAGE012
到
Figure 462139DEST_PATH_IMAGE013
的路径附加时延，
Figure 36340DEST_PATH_IMAGE014
分别表示
Figure 251420DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 12703DEST_PATH_IMAGE005
的发射时延，
Figure 604221DEST_PATH_IMAGE015
分别表示
Figure 32929DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 643077DEST_PATH_IMAGE012
的接收时延，
Figure 422815DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 286865DEST_PATH_IMAGE017
分别是
Figure 570079DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 392542DEST_PATH_IMAGE005
的测量噪声，
Figure 128417DEST_PATH_IMAGE018
表示
Figure 61738DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 199458DEST_PATH_IMAGE005
之间的相对论效应偏差；
Figure 927242DEST_PATH_IMAGE019
为单点伪距归算中的运动时延修正项。
Figure 415993DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 887425DEST_PATH_IMAGE021
通过提前零值标定或在线标定的方法进行修正，附加空间传播时延
Figure 378187DEST_PATH_IMAGE022
以及
Figure 745715DEST_PATH_IMAGE018
相对论效应等可以通过相应的模型进行修正。因此，只要解出
Figure 456182DEST_PATH_IMAGE023
式即可获得钟差
Figure 465726DEST_PATH_IMAGE024
。
设地固坐标系下的
Figure 843618DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 913205DEST_PATH_IMAGE005
坐标分别为，
Figure 376547DEST_PATH_IMAGE026
，单点伪距归算中的运动时延修正项计算公式为，
Figure 924203DEST_PATH_IMAGE027
；
其中，
Figure 156601DEST_PATH_IMAGE028
为地球自转角速度，
Figure 397090DEST_PATH_IMAGE029
为光速，
Figure 347728DEST_PATH_IMAGE030
为
Figure 200540DEST_PATH_IMAGE001
的地固坐标，
Figure 287445DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure 964414DEST_PATH_IMAGE005
的地固坐标。
进一步，所述步骤四中，地面主节点上的微波双向接收机和空中移动目标上的微波双向接收机的之间通过微波双向技术，实现时频同步；同时，空中移动目标将3个地面节点视为伪卫星，根据步骤三中获取的地面主节点和空中移动目标间接收机钟差值，结合空中移动目标上的微波双向接收机收到的三个地面节点的伪距观测量和三个固定点坐标值，组建伪距观测方程，进而解算出空中移动目标的实时精确三维位置；其中，所述伪距观测方程如下：
Figure 136769DEST_PATH_IMAGE032
；
式中，三个地面固定点的已知坐标分别为
Figure 26228DEST_PATH_IMAGE033
已知；空中移动目标得到的三个伪距
Figure 233218DEST_PATH_IMAGE034
；空中移动目标三个坐标分量
Figure 815509DEST_PATH_IMAGE035
；地面主节点和空中移动目标间接收机钟差值
Figure 209581DEST_PATH_IMAGE036
。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的空中移动目标精确定位方法的空中移动目标精确定位***，所述空中移动目标精确定位***包括：
接收机构建模块，用于构建4套微波双向比对接收机和微波天线；
时频同步模块，用于采用微波双向单程伪距体制作为时间同步方案；
误差修正模块，用于采用基于单点伪距归算的运动时延修正算法，使空中移动目标与地面主节点间时间同步精度达到100ps，并解算获得空中移动目标接收机钟差值；
位置解算模块，用于空中移动目标根据获取接收机钟差值、伪距观测量和三个地面固定节点坐标值组建伪距观测方程，进而解算得到空中移动目标的实时精确三维位置。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的空中移动目标精确定位方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的空中移动目标精确定位方法的步骤。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的空中移动目标精确定位***。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一，针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
为了解决面向复杂电磁环境下，不依赖卫星导航/INS***实现空中移动目标精确定位的需求，本发明提出了一种基于微波双向测距技术，实现对空中移动目标的高精度定位方法，即将地面节点（不少于3个）视为伪卫星得到伪距观测量和地面节点精确坐标值，以及通过微波双向技术实现空中目标与地面主节点的时频同步，并获取高精度的接收机钟差值，当得到不少于3个伪距观测量时，组建伪距观测方程，从而解算出移动节点的精确三维位置。
第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
本发明为空中移动目标在卫星信号拒止的情况下，通过微波信号提供高精度、低成本、高可靠性的定位服务，满足复杂电磁环境下的应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的空中移动目标精确定位方法流程图；
图2是本发明实施例提供的空中移动目标和视距范围内的地面固定节点建立链接关系示意图；
图3是本发明实施例提供的微波双向比对设备组成框图；
图4是本发明实施例提供的单点伪距双向时间同步示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种空中移动目标精确定位方法、***、介质、设备及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。
一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
如图1所示，本发明实施例提供的空中移动目标精确定位方法包括以下步骤：
S101，在地面已知固定节点上架设最少三个地面节点，任选一个作为主节点，地面节点由微波双向接收机和采用抗多径的扼流圈天线的微波天线组成；
S102，在被测空中移动目标上放置一套相同的微波双向接收机和微波天线；
S103，地面主节点和空中移动目标之间通过实时的双向比对，完成时频同步；
S104，将地面三个节点视作伪卫星，根据组建的伪距观测方程组，进行实时的移动目标位置解算。
针对空中移动目标，本发明提供了一种空中移动目标精确定位方法，在地面已知固定节点上架设三个（最少三个，或更多）地面节点，地面节点一般由微波双向接收机和微波天线（采用抗多径的扼流圈天线）组成；同时在被测空中移动目标（目前以无人机为例，可推广至各种空中目标）上放置一套相同的微波双向接收机和微波天线；地面主节点和空中移动目标之间通过实时的双向比对，完成时频同步；空中移动目标将地面节点（不少于3个）视为伪卫星得到伪距观测量和地面节点精确坐标值，组建伪距观测方程组，进行实时的空中移动目标位置解算。空中移动目标在视距范围内与地面固定节点建立链接关系，即空-地的点到面模式，链路结构如图2所示。
作为优选实施例，本发明实施例提供的空中移动目标精确定位方法，具体包括以下步骤：
A、研制4套微波双向比对接收机（含微波天线），三套架设在已知坐标的固定节点上，一套放置在空中移动目标上。研制的微波双向比对接收机包括C波段收发天线、上下变频模块和收发基带。空中移动目标上C波段收发天线的发射频率为4488MHz，C波段收发天线的接收频率为4188MHz。上下变频模块包括上变频通道和下变频通道，其中上变频通道将收发基带输出的40MHz模拟中频信号通过上变频、滤波和放大后得到4488MHz扩频信号，将4488MHz扩频信号送至发射天线发射；下变频通道接收天线的4188MHz信号，通过下变频、滤波和放大后得到94MHz模拟中频信号，将所得到的94MHz模拟中频信号输出至收发基带进行处理。收发基带也包括接收通道和发射通道，其中发射通道主要是将载波、扩频码和调制数据按照时序关系调制后通过DA转换输出至上下变频模块的上变频通道；接收通道通过AD转换后进行信号处理和信息处理，测量节点间的距离（包含伪距观测量值和载波相位观测量），通过计算获取真实距离和节点间的钟差。微波双向比对接收机组成框图如图3所示。
B、节点间时频同步
节点间采用微波双向单程伪距体制作为时间同步方案，该方案通过双向技术实现地面主节点和空中移动目标间时频同步；同时空中移动目标上的接收机获取地面三个节点的精确坐标值、伪码和载波相位观测量。地面主节点和空中移动目标间的微波双向接收机通过伪码和载波相位测量，得到各自相对伪距，通过双向测量消除钟差，实现节点间测距、时间同步和数据交互。由于节点间微波双向***的频率参考信号的质量直接影响最后的时间比对和频率传递精度，因此，微波双向接收机中上、下变频模块的频率参考、收发基带的***工作时钟以及AD采样信号都需要准确、稳定的频率参考。为了得到频率准确度和短稳指标均较好质量的频率参考信号，采用高稳晶振锁相芯片原子钟的方案。先将高稳竞争锁相到芯片原子钟上，通过高稳晶振给微波双向***提供10MHz频率参考信号，此方案既保留了芯片原子钟较好的频率准确度和长期稳定度，又保证了高稳晶振提供较好的短稳指标。同时，节点间通过微波双向比对获取钟差数据，在环路滤波器后，将钟差值转换为芯片原子钟的调整量对芯片原子钟进行调控，使其输出长期稳定度更优的频率基准。
C、空中移动目标动态误差修正
由于移动目标在快速移动过程中会产生各种误差因子，除常见的基于微波双向体制的测量误差和节点本地时钟偏差等误差项外，需重点考虑移动目标的动态误差修正，通过采用基于单点伪距归算的运动时延修正算法，使空中移动目标与地面固定节点间时间同步精度达到100ps。
D、移动目标位置解算
将3个地面固定节点视为伪卫星，在地面主节点的微波双向接收机和空中移动目标上的微波双向接收机的之间通过微波双向技术实现时间和频率同步的同时，根据步骤C中获取的地面主节点和空中移动目标间钟差值，结合空中移动目标上的微波双向接收机收到的三个地面固定节点的伪距观测量和三个固定点坐标值，组建伪距观测方程，就可以解算出空中移动目标的实时精确三维位置。
本发明实施例提供的空中移动目标精确定位***包括：
接收机构建模块，用于构建4套微波双向比对接收机和微波天线；
时频同步模块，用于采用微波双向单程伪距体制作为时间同步方案；
误差修正模块，用于采用基于单点伪距归算的运动时延修正算法，使空中移动目标与地面固定节点间时间同步精度达到100ps，同时获得空中移动目标接收机钟差值；
位置解算模块，用于获取的空中移动目标接收机钟差值、三个地面节点精确坐标值以及三个伪距观测量组建伪距观测方程组，进而解算得到空中移动目标的实时精确三维位置。
二、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
作为优选实施例，本发明实施例提供的空中移动目标精确定位方法，具体包括以下步骤：
A、研制4套微波双向比对接收机和微波天线（采用抗多径的扼流圈天线）。
微波双向比对接收机，包括C波段收发天线、上下变频模块和收发基带。移动目标上C波段收发天线的发射频率为4488MHz，C波段收发天线的接收频率为4188MHz。上下变频模块包括上变频通道和下变频通道，其中上变频通道将收发基带输出的40MHz模拟中频信号通过混频、滤波和放大后变频至4488MHz，输出至发射天线；下变频通道接收天线的4188MHz信号，通过混频、滤波和放大后变频至94MHz模拟中频信号，输出至收发基带进行处理。收发基带也包括接收通道和发射通道，其中发射通道主要是将载波、扩频码和调制数据按照时序关系调制后通过DA转换输出至上下变频模块的上变频通道；接收通道通过AD转换后进行信号处理和信息处理，测量节点间的距离（包含伪距观测量值和载波相位观测量），通过计算获取真实距离和节点间的钟差。
B、节点间进行时频同步。
节点间采用微波双向单程伪距体制作为时间同步方案，该方案是地面主节点和空中移动目标间采用微波双向单程伪距体制作为时间同步方案，同时空中移动目标上的接收机获取地面三个节点的精确坐标值、伪码和载波相位观测量。地面主节点和空中移动目标间的微波双向接收机通过伪码和载波相位测量，并各自得到相对伪距，通过双向测量消除钟差，实现节点间测距、时间同步和数据交互。由于地面主节点和空中移动目标间微波双向***的频率参考信号的质量直接影响最后的时间比对和频率传递精度，因此，微波双向接收机中上下变频模块的频率参考、收发基带的***工作时钟以及AD采样信号都需要准确、稳定的频率参考。为了输出频率准确度和短稳指标均较好质量的频率参考信号，采用芯片原子钟和高稳晶振相结合的方案。
实施中选择具有5×10-13@1s的稳定度（Allan方差）的高稳晶振，和5×10-11量级准确度的芯片原子钟。先将高稳晶振锁相到芯片原子钟上，通过高稳晶振给微波双向***提供10MHz频率参考信号，芯片原子钟可以保证较好的频率准确度指标，高稳晶振提供较好的短稳指标。同时，地面主节点和空中移动目标间通过微波双向比对获取钟差数据，在环路滤波器后，将钟差值转换为芯片原子钟的调整量对芯片原子钟进行调控，使其输出短期稳定度及长期稳定度更优的频率参考。
C、空中移动目标动态误差修正。由于移动目标在快速移动过程中会产生各种误差，除常见的基于微波双向体制的测量误差和节点本地时钟偏差等误差项外，需重点考虑移动目标的动态误差修正，通过采用基于单点伪距归算的运动时延修正算法，使空中移动目标与地面固定节点间时间同步精度达到100ps，同时解算获得空中移动目标接收机钟差值。
单点伪距双向时间同步方法如图4所示，取空中移动目标
Figure 168310DEST_PATH_IMAGE001
，地面节点
Figure 229807DEST_PATH_IMAGE002
，在空中移动目标
Figure 982999DEST_PATH_IMAGE001
发出测距信号，地面主节点
Figure 129947DEST_PATH_IMAGE002
接收到
Figure 125323DEST_PATH_IMAGE001
发射的测距信号时
Figure 775747DEST_PATH_IMAGE002
的C波段收发天线相位中心与
Figure 965420DEST_PATH_IMAGE001
发射该测距信号时的C波段收发天线相位中心几何距离为
Figure 599663DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 634615DEST_PATH_IMAGE002
收到测距信号的同时发射测距信号，
Figure 405125DEST_PATH_IMAGE001
接收到该测距信号时C波段收发天线相位中心与
Figure 765700DEST_PATH_IMAGE002
发射该信号时的C波段收发天线相位中心几何距离为
Figure 621660DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 460303DEST_PATH_IMAGE007
是
Figure 350899DEST_PATH_IMAGE001
接收到
Figure 882374DEST_PATH_IMAGE001
发射的测距信号时
Figure 960052DEST_PATH_IMAGE001
的C波段收发天线相位中心位置。
则地面节点和空中移动目标间接收机钟差计算公式为：
Figure 369430DEST_PATH_IMAGE038
；
其中，
Figure 114532DEST_PATH_IMAGE039
分别表示
Figure 551329DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 381882DEST_PATH_IMAGE002
测得的双向伪距，
Figure 562328DEST_PATH_IMAGE041
分别表示测距信号从
Figure 161936DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 35214DEST_PATH_IMAGE002
和从
Figure 353063DEST_PATH_IMAGE002
到
Figure 337200DEST_PATH_IMAGE042
的路径附加时延，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
分别表示
Figure 525736DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 569915DEST_PATH_IMAGE002
的发射时延，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
分别表示
Figure 342437DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 130264DEST_PATH_IMAGE002
的接收时延，
Figure 438886DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 653966DEST_PATH_IMAGE017
分别是
Figure 680828DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 6767DEST_PATH_IMAGE012
的测量噪声，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
表示
Figure 904316DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 290298DEST_PATH_IMAGE002
之间的相对论效应偏差；
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为单点伪距归算中的运动时延修正项。
Figure DEST_PATH_IMAGE047
和
Figure DEST_PATH_IMAGE048
通过提前零值标定或在线标定的方法进行修正，附加空间传播时延
Figure DEST_PATH_IMAGE049
以及
Figure DEST_PATH_IMAGE050
相对论效应等可以通过相应的模型进行修正。因此，只要解出
Figure 712446DEST_PATH_IMAGE046
式即可获得钟差
Figure DEST_PATH_IMAGE051
。
设地固坐标系下的
Figure 310917DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 594131DEST_PATH_IMAGE002
坐标分别为，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，根据下式推导最终计算得到单点伪距归算中的运动时延修正项，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
；
其中，
Figure 354277DEST_PATH_IMAGE028
为地球自转角速度，
Figure 355731DEST_PATH_IMAGE029
为光速，
Figure 990849DEST_PATH_IMAGE030
为
Figure 394149DEST_PATH_IMAGE001
的地固坐标，
Figure 121933DEST_PATH_IMAGE031
为
Figure 345104DEST_PATH_IMAGE005
的地固坐标。
D、移动目标位置解算。地面主节点上的微波双向接收机和空中移动目标上的微波双向接收机的之间通过微波双向技术，实现时频同步；同时，空中移动目标将3个地面节点视为伪卫星，根据步骤C中获取的地面主节点和空中移动目标间接收机钟差值，结合空中移动目标上的微波双向接收机收到的三个地面节点的伪距观测量和三个固定点坐标值，组建伪距观测方程组，就可以解算出空中移动目标的实时精确三维位置。
伪距观测方程如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE054
；
式中，三个固定点的已知坐标分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE055
已知；空中移动目标得到的三个误差修正后的伪距
Figure DEST_PATH_IMAGE056
；空中移动目标三个坐标分量
Figure DEST_PATH_IMAGE057
；地面固定节点和空中移动目标间钟差值
Figure DEST_PATH_IMAGE058
。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行***，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空中移动目标精确定位方法，其特征在于，所述空中移动目标精确定位方法包括以下步骤：
步骤一，含微波天线的微波双向比对接收机的构建；
步骤二，空中移动目标和地面主节点间通过微波双向技术进行时频同步；
步骤三，空中移动目标动态误差修正和接收机钟差解算；
步骤四，移动目标位置解算。
2.如权利要求1所述空中移动目标精确定位方法，其特征在于，所述空中移动目标精确定位方法包括：
在地面已知固定节点上架设最少三个地面节点，地面节点由微波双向接收机和采用抗多径的扼流圈天线的微波天线组成；同时在被测空中移动目标上放置一套相同的微波双向接收机和微波天线；地面主节点和空中移动目标之间通过实时的双向比对，完成时频同步；空中移动目标根据解算的接收机钟差和接收到的三个地面节点伪距观测量、三个地面节点坐标值，进行实时的空中移动目标位置解算；试验时首先需要空中移动目标至少可以收到3个地面固定节点的信号，且地面固定节点间已实现时间和频率同步，将3个地面固定节点作为地面伪卫星。
3.如权利要求1所述空中移动目标精确定位方法，其特征在于，所述步骤一中，构建4套含微波天线的微波双向比对接收机，三套架设在已知坐标的固定节点上，一套放置在空中移动目标上；构建的微波双向比对接收机包括C波段收发天线、上下变频模块和收发基带；
其中，所述移动目标上C波段收发天线的发射频率为4488MHz，C波段收发天线的接收频率为4188MHz；
所述上下变频模块包括上变频通道和下变频通道；其中，所述上变频通道将收发基带输出的40MHz模拟中频信号通过上变频、滤波和放大后得到4488MHz扩频信号，将4488MHz扩频信号送至发射天线发射；所述下变频通道接收天线的4188MHz信号，通过下变频、滤波和放大后得到94MHz模拟中频信号，将所得到的94MHz模拟中频信号输出至收发基带进行处理；
所述收发基带包括接收通道和发射通道；其中，所述发射通道是将载波、扩频码和调制数据按照时序关系调制后通过DA转换输出至上下变频模块的上变频通道；所述接收通道通过AD转换后进行信号处理和信息处理，测量节点间的距离，所述节点间的距离包含伪距观测量值和载波相位观测量，通过计算获取真实距离和节点间的钟差。
4.如权利要求1所述空中移动目标精确定位方法，其特征在于，所述步骤二中，地面主节点和空中移动目标间采用微波双向单程伪距体制作为时间同步方案，时频同步方案地面主节点和空中移动目标的微波双向接收机通过伪码和载波相位测量，得到各自相对伪距，通过双向测量消除钟差，实现节点间测距、时间同步和数据交互，同时空中移动目标上的接收机获取地面三个节点的精确坐标值、伪码和载波相位观测量；并在微波双向接收机上采用高稳晶振锁相芯片原子钟的方案得到频率参考信号，将高稳竞争锁相到芯片原子钟上，通过高稳晶振给微波双向***提供10MHz频率参考信号；节点间通过微波双向比对获取钟差数据，在环路滤波器后，将钟差值转换为芯片原子钟的调整量对芯片原子钟进行调控，输出频率基准。
5.如权利要求1所述空中移动目标精确定位方法，其特征在于，所述步骤三中，通过采用基于单点伪距归算的运动时延修正算法，使空中移动目标与地面固定节点间时间同步精度达到100ps，同时解算获得空中移动目标接收机钟差值；
其中，单点伪距双向时间同步中，空中移动目标
Figure 894894DEST_PATH_IMAGE001
，地面节点
Figure 280876DEST_PATH_IMAGE002
，空中移动目标
Figure 732717DEST_PATH_IMAGE001
发出测距信号，地面主节点
Figure 596768DEST_PATH_IMAGE002
接收到
Figure 879981DEST_PATH_IMAGE001
发射的测距信号时
Figure 171286DEST_PATH_IMAGE003
的C波段收发天线相位中心与
Figure 405695DEST_PATH_IMAGE001
发射该测距信号时的C波段收发天线相位中心几何距离为
Figure 73437DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 211158DEST_PATH_IMAGE002
收到测距信号的同时发射测距信号，
Figure 938942DEST_PATH_IMAGE001
接收到该测距信号时C波段收发天线相位中心与
Figure 162113DEST_PATH_IMAGE005
发射该信号时的C波段收发天线相位中心几何距离为
Figure 571229DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 360193DEST_PATH_IMAGE007
是
Figure 258879DEST_PATH_IMAGE001
接收到
Figure 674073DEST_PATH_IMAGE001
发射的测距信号时
Figure 418038DEST_PATH_IMAGE001
的C波段收发天线相位中心位置；
则地面节点和空中移动目标间接收机钟差计算公式为：
Figure 530351DEST_PATH_IMAGE009
；
其中，
Figure 708260DEST_PATH_IMAGE010
分别表示
Figure 906023DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 453679DEST_PATH_IMAGE005
测得的双向伪距，
Figure 686078DEST_PATH_IMAGE012
分别表示测距信号从
Figure 926566DEST_PATH_IMAGE001
到
Figure 346046DEST_PATH_IMAGE005
和从
Figure 697393DEST_PATH_IMAGE013
到的
Figure 518718DEST_PATH_IMAGE007
路径附加空间传播时延，
Figure 419854DEST_PATH_IMAGE014
分别表示
Figure 326630DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 216089DEST_PATH_IMAGE005
的发射时延，
Figure 157500DEST_PATH_IMAGE015
分别表示
Figure 943054DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 337126DEST_PATH_IMAGE013
的接收时延，
Figure 30275DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 59149DEST_PATH_IMAGE017
分别是
Figure 812341DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 959289DEST_PATH_IMAGE005
的测量噪声，
Figure 456129DEST_PATH_IMAGE018
表示
Figure 106553DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 765068DEST_PATH_IMAGE005
之间的相对论效应偏差；
Figure 133732DEST_PATH_IMAGE019
为单点伪距归算中的运动时延修正项；
Figure 873412DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 643922DEST_PATH_IMAGE021
通过提前零值标定或在线标定的方法进行修正，附加空间传播时延
Figure 473337DEST_PATH_IMAGE022
以及
Figure 594877DEST_PATH_IMAGE018
相对论效应偏差可以通过相应的模型进行修正；
Figure 433520DEST_PATH_IMAGE023
为地面节点和空中移动目标间接收机钟差；设地固坐标系下的
Figure 996220DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 262116DEST_PATH_IMAGE005
坐标分别为：
Figure 838328DEST_PATH_IMAGE024
，单点伪距归算中的运动时延修正项计算公式为：
Figure 480662DEST_PATH_IMAGE025
，
其中，
Figure 960185DEST_PATH_IMAGE026
为地球自转角速度，
Figure 396983DEST_PATH_IMAGE027
为光速，
Figure 227536DEST_PATH_IMAGE028
为
Figure 407981DEST_PATH_IMAGE011
地固坐标，
Figure 742011DEST_PATH_IMAGE029
为
Figure 349709DEST_PATH_IMAGE005
地固坐标。
6.如权利要求1所述空中移动目标精确定位方法，其特征在于，所述步骤四中，地面三个固定节点之间已实现时频同步，地面主节点上的微波双向接收机和空中移动目标上的微波双向接收机的之间通过微波双向技术，实现时频同步；根据步骤三中获取的地面主节点和空中移动目标间接收机钟差值，同时，空中移动目标将3个地面节点视为伪卫星，结合空中移动目标上的微波双向接收机收到的三个地面节点的伪距观测量和三个固定点坐标值，组建伪距观测方程，进而解算出空中移动目标的实时精确三维位置；其中，所述伪距观测方程如下：
Figure 903444DEST_PATH_IMAGE030
；
式中，三个固定点的坐标分别为
Figure 825264DEST_PATH_IMAGE031
已知；空中移动目标得到的三个误差修正后的伪距
Figure 279379DEST_PATH_IMAGE032
；空中移动目标三个坐标分量
Figure 57979DEST_PATH_IMAGE033
和空中移动目标钟差
Figure 597544DEST_PATH_IMAGE034
。
7.一种应用如权利要求1~6任意一项所述空中移动目标精确定位方法的空中移动目标精确定位***，其特征在于，所述空中移动目标精确定位***包括：
接收机构建模块，用于构建4套微波双向比对接收机和微波天线；
时频同步模块，用于采用微波双向单程伪距体制作为时间同步方案；
误差修正模块，用于采用基于单点伪距归算的运动时延修正算法，使空中移动目标与地面固定节点间时间同步精度达到100ps，同时解算获得空中移动目标接收机的钟差值；
位置解算模块，用于获取的地面主节点和空中移动目标间钟差值、三个伪距观测量和三个地面固定节点坐标组建伪距观测方程，进而解算得到空中移动目标的实时精确三维位置。
8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1~6任意一项所述空中移动目标精确定位方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1~6任意一项所述空中移动目标精确定位方法的步骤。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述空中移动目标精确定位***。
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