中文引用格式： 周艷，屈德新，張更新. LEO衛星TDOA/DOA定位性能分析[J]. 電子技術應用，2023，49(9)：115-119.
英文引用格式： Zhou Yan，Qu Dexin，Zhang Gengxin. Analysis of LEO satellite TDOA/DOA positioning performance[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(9)：115-119.
0 引言
低軌互聯網衛星系統作為低密度地表用戶接入全球互聯網的快捷途徑，獲得了快速發展。“星鏈”等低軌互聯網衛星系統可以提供寬帶化的低成本、全球覆蓋的互聯網服務，該系統規劃4.2萬顆的衛星數量可實現全球化高帶寬的衛星波束覆蓋[1]。衛星覆蓋區域廣、用戶多、易受干擾，衛星受到干擾時需要對干擾源位置的可靠定位和排查，是衛星系統正常運行必要條件。
目前干擾源衛星定位的常用體制是雙星到達時間差（Time Difference of Arrival，TDOA）/到達頻率差（Frequency Difference of Arrival，FDOA）定位系統和多星時差定位系統[2]。雙星時/頻差定位使用衛星數量較少，因此應用最多。但是，雙星時/頻差定位體制存在定位誤差顯著增大的“盲區”，這些盲區存在造成定位性能不穩定的問題。對應具有星載相控陣天線的衛星，利用單顆衛星對干擾源波達方向（Direction of Arrival，DOA）的測量，可對地表干擾源完成定位任務，但是定位誤差較大。TDOA/DOA混合定位系統可以解決上述問題，具有更穩定的性能。
對于TDOA/DOA混合定位，測量時差和測量角的方程是關于目標源位置的非線性方程。定位算法的關鍵是處理這些非線性方程[3-4]，文獻[5]通過在兩個觀測站觀測到的到達時間差和到達角的混合測量和未知源位置之間構建新的關系，進而得到一個簡化輻射源位置解。文獻[6]結合了時差和到達角對目標源進行定位，但只使用一個觀測站的測向信息，為了獲得更精確的定位估計，可以使用多個觀測站的測向數據再聯合時差數據進行位置估計。文獻[7]針對雙星定位場景，提出了幾種閉式解算法，用以有效估計目標源位置，但未考慮衛星位置誤差給定位誤差帶來的影響。
目前TDOA/DOA聯合的定位方法由已廣泛應用于蜂窩移動網絡定位場景中，然而，并沒有給出目標源的定位誤差幾何稀釋精度因子（Geometric Dilution of Precision，GDOP）的分布形式。對于現有的CGCS2000國家大地坐標系與1984世界大地坐標系，它們采用的參考橢球非常接近，僅扁率的細小差別會造成同一定位點在兩個坐標系中的值有微小差異，在衛星導航定位中，要求精度大于兩坐標系的點位坐標差異，不需要顧及坐標系框架間的差的差異，那么WGS84下的定位結果可視作CGCS2000下的定位結果。所以本文對于雙星TDOA/DOA聯合定位系統，在文獻[8]所提出的定位閉合形式算法基礎上，聯合雙星的DOA觀測量與TDOA觀測量，采用WGS-84地球橢球模型作為約束條件，建立起目標源位置參數與觀測量之間的偽線性關系，從而計算出目標位置解。最后對雙星TDOA/DOA定位的星下點附近的GDOP進行仿真和分析，比較分析了雙星時/頻差定位的星下點附近的GDOP分布 ，驗證了算法對目標源位置低敏感性。
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作者信息：
周艷，屈德新，張更新
（南京郵電大學 通信與信息工程學院 通信與網絡技術國家地方聯合工程研究中心，江蘇 南京 210023）
