降低近地轨道（LEO）地理定位中的星历不确定性：一种基于双卫星累积TDOA/FDOA融合技术的不确定性感知加权最小二乘方法

《IEEE Communications Magazine》：Mitigating Ephemeris Uncertainty in LEO Geolocation: An Uncertainty-Aware Weighted Least Squares Method via Dual-Satellite Cumulative TDOA/FDOA Fusion

　　

摘要：

对非合作发射源进行准确且稳健的定位是现代低地球轨道应用的核心能力。为减轻卫星星历误差导致的定位精度下降，本文提出了一种多历元双卫星地理定位方法，该方法结合了到达时间差（TDOA）和到达频率差（FDOA）测量数据，并将这些不确定性纳入加权最小二乘估计中。我们引入了一种二维大地测量参数化方法来分离估计变量，有效解决了观测数据不足的问题并提高了数值稳定性。定位问题在非线性最小二乘框架内进行建模，并通过带有自适应阻尼调整的Levenberg-Marquardt算法求解。此外，还采用了一种考虑不确定性的加权方案来减少卫星星历误差，并推导出了混合Cramér–Rao下界（CRLB），以理论方式描述测量噪声和星历误差的综合影响。仿真结果表明，与传统方法相比，所提出的方法在定位精度和收敛稳健性方面具有显著优势，在多历元条件下接近理论性能极限。这项工作为下一代基于卫星的被动定位技术提供了一种可靠且高精度的解决方案。