专利名称：利用导航卫星反射信号的单源多宿目标探测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种探测装置，更特别地说，是指一种利用位于不同位置的接收天线接收单颗导航卫星反射信号，进行联合处理发现空中目标的探测装置。
背景技术：
随着现代电子战技术的发展，电子侦察、电子干扰，反辐射攻击及定向能武器、隐身飞机等技术对传统的收发一体的单基地雷达提出了挑战。在这种情况下，基于卫星、电视、广播等非合作式双基地雷达显示出极大的优点。其隐蔽性强、反隐身，抗电子侦察、抗干扰的能力强，而且在现实环境中，存在着大量的人造卫星、广播电台、电视台等无线电信号源，为建立非合作式双基地雷达提供了方便的辐射源。由于雷达本身并不发射信号，而是利用卫星、电视或调频无线电广播站所发射的载波信号的回波探测、定位空中目标，没有被反辐射导弹攻击的危险，生存能力强。其中，利用人造卫星作为照射源，接收机在地面的天地双基地雷达系统已经受到越来越多的研究。
导航卫星是基于全球覆盖的定位卫星星系，其信号作为第三方信号源具有较高的安全性和全球性、全天时、全天候工作等优势，因此利用导航卫星反射信号进行目标的跟踪基本不受目标空间，时间的限制。
随着导航卫星系统的快速发展，空间中将有多个导航卫星系统并存，导航卫星信号资源日益丰富，利用导航卫星反射信号发现空中目标的技术实施可行性与有效性越来越强。
发明内容
本发明提出一种基于导航卫星反射信号的单源多宿目标探测装置，该探测装置通过右旋天线接收单颗导航卫星发射的直射信号，同时接收该信号经空中目标(空中飞行器)反射后到达三个左旋天线的反射信号，然后计算出空中目标到三个左旋天线的行程，通过差分算法来获得空中目标在地心直角坐标系下的坐标(Xo，Yo，Zo)。
本发明的一种基于导航卫星反射信号的单源多宿目标探测装置包括有一公知计算机、目标特性中心处理模块、一个右旋天线、三个左旋天线(A左旋天线、B左旋天线、C左旋天线)和SSMR接收机；目标特性中心处理模块存储在公知计算机的存储器中。
右旋天线用于接收导航卫星发射的导航信号，即直射信号f直射，该直射信号f直射经右旋天线的增益放大后形成右旋圆极化信号fRHCP输出给SSMR接收机。
A左旋天线用于接收空中目标反射的第一反射信号f反射1，该第一反射信号f反射1经A左旋天线的增益放大后形成第一左旋圆极化信号fLHCP1给SSMR接收机。
B左旋天线用于接收空中目标反射的第二反射信号f反射2，该第二反射信号f反射2经A左旋天线的增益放大后形成第二左旋圆极化信号fLHCP2给SSMR接收机。
C左旋天线用于接收空中目标反射的第三反射信号f反射3，该第三反射信号f反射3经A左旋天线的增益放大后形成第三左旋圆极化信号fLHCP3给SSMR接收机。
所述SSMR接收机(A)对接收的右旋圆极化信号fRHCP进行自相关算法的处理获得自相关峰的峰值时间T0；(B)对接收的右旋圆极化信号fRHCP与第一左旋圆极化信号fLHCP1进行互相关算法的处理获得互相关峰的峰值时间T1；(C)互相关峰的峰值时间T1减自相关峰的峰值时间T0获得第一反射信号延迟时间δτ1给目标特性中心处理模块；(D)对接收的右旋圆极化信号fRHCP与第二左旋圆极化信号fLHCP2进行互相关算法的处理获得互相关峰的峰值时间T2；(E)互相关峰的峰值时间T2减自相关峰的峰值时间T0获得第二反射信号延迟时间δτ2给目标特性中心处理模块；(F)对接收的右旋圆极化信号fRHCP与第三左旋圆极化信号fLHCP3进行互相关算法的处理获得互相关峰的峰值时间T3；(G)互相关峰的峰值时间T3减自相关峰的峰值时间T0获得第三反射信号延迟时间δτ3给目标特性中心处理模块。
单源多宿目标探测装置中的目标特性中心处理模块对接收到的第一反射信号延迟时间δτ1、第二反射信号延迟时间δτ2和第三反射信号延迟时间δτ3之间的路径差关系为然后对路径差关系进行差分处理后得到反射信号差分关系将Rol1、Rol2和Rol3代入反射信号差分关系中得到时延差的坐标关系 本发明是一种基于导航卫星反射信号的单源多宿目标探测装置的优点在于 (1)该探测装置只需接收一颗导航卫星卫星反射的信号，降低了发现目标所需条件，提高发现目标的概率。
(2)采用目标特性解算中心处理模块对SSMR接收机输出的多个反射信号延迟时间δτ1、δτ2、δτ3进行差分算法，消除钟差影响，来获得空间飞行器在地心直角坐标系下的坐标(Xo，Yo，Zo)。
(3)采用的目标特性解算中心处理模块能够实时进行空中目标的位置解算，能够对某些隐身手段进行有效探测，具有较强的抗隐身能力。
(4)可以通过在目标特性解算中心处理模块上设置多个通道，实现多个空中目标的识别，并确定其在地心直角坐标系下的位置。
(5)该探测装置无需发射信号，只接收导航卫星发射的信号，具有较强的隐蔽性，同时也易于放置于舰船、飞机和侦查卫星等移动载体以及机场和战场等需要探测移动目标的环境中。
图1是本发明单源多宿目标探测系统示意图。
图2是本发明单源多宿目标探测装置结构框图。
具体实施例方式 下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明是一种利用导航卫星反射信号的单源多宿目标探测装置，该装置是要获得空中目标在地心直角坐标系中的位置(Xo，Yo，Zo)。
参见图1所示，图中所示为一个导航卫星、一个单源多宿目标探测装置和一个飞行器(或称空中目标)构成一个飞行器探测系统。
在该飞行器探测系统中，导航卫星用于发射导航信号，在本发明中，将导航信号作为直射信号；导航卫星发射的导航信号作用到飞行器的外壳上被反射形成反射信号，该反射信号包含有飞行器的特性位置信息；该特性位置信息通过单源多宿目标探测装置来接收，以及再利用，能够方便地获得飞行器在空中的位置信息。
在本发明中，将直射信号到达右旋天线的路径记为Rsr，直射信号到达空中目标的路径记为Rso，空中目标反射信号到达A左旋天线的路径记为Rol1，空中目标反射信号到达B左旋天线的路径记为Rol2，空中目标反射信号到达C左旋天线的路径记为Rol3。
参见图2所示，本发明的单源多宿目标探测装置包括有一公知计算机、一个右旋天线、三个左旋天线(A左旋天线、B左旋天线、C左旋天线)、SSMR接收机和目标特性中心处理模块； (一)目标特性中心处理模块 在本发明中，目标特性中心处理模块存储在公知计算机的存储器中。
该公知计算机最低配置为CPU 2GHz，内存2GB，硬盘180GB；操作系统为windows 2000/2003/XP。
该目标特性中心处理模块采用Microsoft Visual C++语言编写。
(二)右旋天线 在本发明中，右旋天线用于接收导航卫星发射的导航信号，即直射信号f直射，该直射信号f直射经右旋天线的增益放大后形成右旋圆极化信号fRHCP输出给SSMR接收机。
(三)左旋天线 在本发明中，包括有三个左旋天线，即A左旋天线、B左旋天线和C左旋天线。
A左旋天线用于接收空中目标反射的第一反射信号f反射1，该第一反射信号f反射1经A左旋天线的增益放大后形成第一左旋圆极化信号fLHCP1给SSMR接收机。
B左旋天线用于接收空中目标反射的第二反射信号f反射2，该第二反射信号f反射2经A左旋天线的增益放大后形成第二左旋圆极化信号fLHCP2给SSMR接收机。
C左旋天线用于接收空中目标反射的第三反射信号f反射3，该第三反射信号f反射3经A左旋天线的增益放大后形成第三左旋圆极化信号fLHCP3给SSMR接收机。
由于从空中目标反射出的反射信号有一定的波束角，因此本发明设计的单源多宿目标探测装置采用了三个左旋天线对反射信号进行接收，提高了发现空中目标的概率。三个左旋天线接收的反射信号实质为一颗导航卫星发射的直射信号经空中目标反射后的信号。
由于A左旋天线、B左旋天线和C左旋天线的位置不同，所述反射信号到达三个左旋天线的信号强度和行程将受到不同程度的衰减和延迟，故单源多宿探测装置三个左旋天线接收到的三路反射信号路径与直射信号路径存在着行程差，该行程差对应的时间差称作反射信号延迟时间。
(四)SSMR接收机 在本发明中，SSMR接收机的输入端上分别连接有一个右旋天线、三个左旋天线；SSMR接收机的输出端上连接有公知计算机。
所述SSMR接收机对接收到的右旋圆极化信号fRHCP、第一左旋圆极化信号fLHCP1、第二左旋圆极化信号fLHCP2和第三左旋圆极化信号fLHCP3的处理分为 (A)对接收的右旋圆极化信号fRHCP进行自相关算法的处理获得自相关峰的峰值时间T0； (B)对接收的右旋圆极化信号fRHCP与第一左旋圆极化信号fLHCP1进行互相关算法的处理获得互相关峰的峰值时间T1； (C)互相关峰的峰值时间T1减自相关峰的峰值时间T0获得第一反射信号延迟时间δτ1给目标特性中心处理模块； (D)对接收的右旋圆极化信号fRHCP与第二左旋圆极化信号fLHCP2进行互相关算法的处理获得互相关峰的峰值时间T2； (E)互相关峰的峰值时间T2减自相关峰的峰值时间T0获得第二反射信号延迟时间δτ2给目标特性中心处理模块； (F)对接收的右旋圆极化信号fRHCP与第三左旋圆极化信号fLHCP3进行互相关算法的处理获得互相关峰的峰值时间T3； (G)互相关峰的峰值时间T3减自相关峰的峰值时间T0获得第三反射信号延迟时间δτ3给目标特性中心处理模块。
在本发明中，选取的SSMR接收机的性能参数为 1)四个输入端口一个接右旋天线，三个接左旋天线； 2)一个输出端口接计算机。
3)反射信号测量精度 ·载波相位测量精度0.1周 ·码相位测量精度 0.01个码片 ·多普勒测量精度 3赫兹 4)数据更新率 ·反射信号观测量更新率≥1赫兹(可选) 5)允许对主板进行开放环路控制 6)使用条件 ·接收机灵敏度 优于-175dBW； ·接收机动态性 加速度10g，速度1000米/秒 ·工作时间全天候 7)最大功耗≤6瓦 在本发明中，右旋天线与左旋天线由微带天线和阵列天线组合而成，可以实现宽覆盖和高增益的空间飞行器反射信号接收。
在本发明中，单源多宿目标探测装置中的目标特性中心处理模块对接收到的第一反射信号延迟时间δτ1、第二反射信号延迟时间δτ2和第三反射信号延迟时间δτ3的处理如下所述 右旋天线在地心直角坐标系下的坐标记为(Xr，Yr，Zr)； A左旋天线在地心直角坐标系下的坐标记为(Xl1，Yl1，Zl1)； B左旋天线在地心直角坐标系下的坐标记为(Xl2，Yl2，Zl2)； C左旋天线在地心直角坐标系下的坐标记为(Xl3，Yl3，Zl3)； 导航卫星在地心直角坐标系下的坐标记为(Xs，Ys，Zs)； 空中目标在地心直角坐标系下的坐标记为(Xo，Yo，Zo)，该坐标(Xo，Yo，Zo)是本发明专利申请最终所要解算获得的目标位置g(δτ)。
在本发明中，导航卫星到右旋天线的路径为 在本发明中，导航卫星到空中飞行器(目标)的路径为 在本发明中，空中飞行器(目标)到A左旋天线的路径为 在本发明中，空中飞行器(目标)到B左旋天线的路径为 在本发明中，空中飞行器(目标)到C左旋天线的路径为 在本发明中，三个左旋天线分别接收到的反射信号与右旋天线接收到的直射信号的路径差关系为然后对该路径差关系进行差分处理后得到反射信号差分关系 将Rol1、Rol2和Rol3代入反射信号差分关系中得到时延差的坐标关系 C表示光速。由于光速C是已知的，三个左旋天线的位置(Xl1，Yl1，Zl1)、(Xl2，Yl2，Zl2)、(Xl3，Yl3，Zl3)在配置天线位置时也为已知，通过解算得到了SSMR接收机输出的反射信号延迟时间δτ1、δτ2、δτ3，所以解时延差的坐标关系方程组，可得空间飞行器位置(Xo，Yo，Zo)。
本发明设计的单源多宿目标探测装置是利用导航卫星信号的反射捕获手段来探测空中目标的位置。其特征是利用空中目标在执行任务时引起导航卫星信号产生的反射信号，该信号与空中目标的特征相关，从而通过捕获反射信号来有效探测空中目标的位置。
权利要求
1、一种利用导航卫星反射信号的单源多宿目标探测装置，导航卫星用于发射导航信号，即直射信号；导航卫星反射信号是指导航卫星发射的导航信号作用到空中目标的外壳上后反射形成的信号，即反射信号；其特征在于单源多宿目标探测装置包括有一公知计算机、目标特性中心处理模块、右旋天线、A左旋天线、B左旋天线、C左旋天线和SSMR接收机，其中目标特性中心处理模块存储在公知计算机的存储器中；
右旋天线用于接收导航卫星发射的直射信号f直射，该直射信号f直射经右旋天线的增益放大后形成右旋圆极化信号fRHCP输出给SSMR接收机；
A左旋天线用于接收空中目标反射的第一反射信号f反射1，该第一反射信号f反射1经A左旋天线的增益放大后形成第一左旋圆极化信号fLHCP1给SSMR接收机；
B左旋天线用于接收空中目标反射的第二反射信号f反射2，该第二反射信号f反射2经A左旋天线的增益放大后形成第二左旋圆极化信号fLHCP2给SSMR接收机；
C左旋天线用于接收空中目标反射的第三反射信号f反射3，该第三反射信号f反射3经A左旋天线的增益放大后形成第三左旋圆极化信号fLHCP3给SSMR接收机；
所述SSMR接收机(A)对接收的右旋圆极化信号fRHCP进行自相关算法的处理获得自相关峰的峰值时间T0；(B)对接收的右旋圆极化信号fRHCP与第一左旋圆极化信号fLHCP1进行互相关算法的处理获得互相关峰的峰值时间T1；(C)互相关峰的峰值时间T1减自相关峰的峰值时间T0获得第一反射信号延迟时间δτ1给目标特性中心处理模块；(D)对接收的右旋圆极化信号fRHCP与第二左旋圆极化信号fLHCP2进行互相关算法的处理获得互相关峰的峰值时间T2；(E)互相关峰的峰值时间T2减自相关峰的峰值时间T0获得第二反射信号延迟时间δτ2给目标特性中心处理模块；(F)对接收的右旋圆极化信号fRHCP与第三左旋圆极化信号fLHCP3进行互相关算法的处理获得互相关峰的峰值时间T3；(G)互相关峰的峰值时间T3减自相关峰的峰值时间T0获得第三反射信号延迟时间δτ3给目标特性中心处理模块；
单源多宿目标探测装置中的目标特性中心处理模块对接收到的第一反射信号延迟时间δτ1、第二反射信号延迟时间δτ2和第三反射信号延迟时间δτ3之间的路径差关系为然后对路径差关系
进行差分处理后得到反射信号差分关系
将Rol1、Rol2和Rol3代入反射信号差分关系
中得到时延差的坐标关系
上述关系式子中，C表示光速；
A左旋天线在地心直角坐标系下的坐标记为(Xl1，Yl1，Zl1)；
B左旋天线在地心直角坐标系下的坐标记为(Xl2，Yl2，Zl2)；
C左旋天线在地心直角坐标系下的坐标记为(Xl3，Yl3，Zl3)；
空中目标在地心直角坐标系下的坐标记为(Xo，Yo，Zo)；
Rsr表示导航卫星发射的导航信号到达右旋天线的路径，且
Rso表示直射信号到达空中目标的路径，且
Rol1表示空中目标反射信号到达A左旋天线的路径，且
Rol2表示空中目标反射信号到达B左旋天线的路径，且
Rol3表示空中目标反射信号到达C左旋天线的路径，且
g1(δt1)表示第一反射信号f反射1到达A左旋天线的时间与直射信号f直射到达右旋天线的时间之差；
g2(δt2)表示第二反射信号f反射2到达B左旋天线的时间与直射信号f直射到达右旋天线的时间之差；
g3(δt3)表示第三反射信号f反射3到达C左旋天线的时间与直射信号f直射到达右旋天线的时间之差。
2、根据权利要求1所述的一种利用导航卫星反射信号的单源多宿目标探测装置，其特征在于目标特性中心处理模块采用Microsoft Visual C++语言编写。
3、根据权利要求1所述的一种利用导航卫星反射信号的单源多宿目标探测装置，其特征在于SSMR接收机对接收到的反射信号测量精度要求包括载波相位测量精度为0.1周，码相位测量精度为0.01个码片，多普勒测量精度为3赫兹。
全文摘要
本发明公开了一种基于导航卫星反射信号的单源多宿目标探测装置，该装置包括有一个右旋天线、三个左旋天线、SSMR接收机和目标特性中心处理模块，其中目标特性中心处理模块存储在公知计算机的存储器中；该探测装置通过右旋天线接收单颗导航卫星发射的直射信号，同时接收该信号经空中目标反射后到达三个左旋天线的反射信号，然后计算出空中目标到三个左旋天线的行程，通过差分算法来获得空中目标在地心直角坐标系下的坐标(Xo，Yo，Zo)。该探测装置只需接收一颗导航卫星卫星反射的信号，降低了发现目标所需条件，提高发现目标的概率。
文档编号G01S5/14GK101630002SQ20091008761
公开日2010年1月20日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者杨东凯, 李明里, 波 张, 张益强, 栟 王 申请人:北京航空航天大学