[发明专利]一种校正源存在条件下的短波单站直接定位方法

权利要求书

1.一种校正源存在条件下的短波单站直接定位方法，其特征在于，包括：

步骤1：在短波目标源所在区域周边同时放置D个经纬度已知的短波校正源；

步骤2：在观测站利用M元均匀圆阵对目标源信号和D个校正源信号进行接收，对接收信号进行采样，共采集K个信号样本，并建立K个信号样本对应的阵列信号模型；

步骤3：确定目标源信号到达M元均匀圆阵的方位角与目标源经纬度的关系，并确定目标源信号到达M元均匀圆阵的仰角与目标源经纬度及电离层虚高的关系；

步骤4：确定第d个校正源信号到达M元均匀圆阵的方位角与第d个校正源经纬度的关系，并确定第d个校正源信号到达M元均匀圆阵的仰角与第d个校正源经纬度以及电离层虚高的关系，1≤d≤D；

步骤5：利用所述K个信号样本对应的阵列信号模型构造协方差矩阵，并对协方差矩阵进行特征值分解，从而获得信号子空间矩阵和最优加权矩阵；

所述步骤5包括：

步骤5.1：利用K个信号样本对应的阵列信号模型{x(t_k)}_1≤k≤K构造协方差矩阵并按照式(8)对进行特征值分解：

其中，为(D+1)×(D+1)阶对角矩阵，其对角元素为矩阵的前D+1个特征值；为(M-D-1)×(M-D-1)阶对角矩阵，其对角元素为矩阵的后M-D-1个特征值；为M×(D+1)阶信号子空间矩阵，其列向量是对应于大特征值的单位特征向量；为M×(M-D-1)阶噪声子空间矩阵，其列向量是对应于小特征值的单位特征向量；

步骤5.2：利用特征值分解后的参数按照式(9)构造最优加权矩阵

其中，为矩阵中的第j个对角元素，I_D+1为(D+1)×(D+1)阶单位矩阵；

步骤6：利用所述信号子空间矩阵和最优加权矩阵构造关于目标源经纬度和电离层虚高的代价函数；

所述步骤6包括：

利用信号子空间矩阵和最优加权矩阵构造关于目标源经纬度和电离层虚高的代价函数；所述代价函数为：

其中，Π^⊥[A(ω_t,ρ_t,h)]为正交投影矩阵，ω_t为目标源经度，ρ_t为目标源纬度，h为电离层虚高，A(ω_t,ρ_t,h)为阵列流形矩阵；

Π^⊥[A(ω_t,ρ_t,h)]＝I_M-A(ω_t,ρ_t,h)((A(ω_t,ρ_t,h))^HA(ω_t,ρ_t,h))^-1(A(ω_t,ρ_t,h))^H

其中，I_M为M×M阶单位矩阵；

步骤7：根据目标源信号到达M元均匀圆阵的方位角与目标源经纬度的关系、目标源信号到达M元均匀圆阵的仰角与目标源经纬度及电离层虚高的关系、第d个校正源信号到达M元均匀圆阵的方位角与第d个校正源经纬度的关系、第d个校正源信号到达M元均匀圆阵的仰角与第d个校正源经纬度以及电离层虚高的关系及所述代价函数，利用高斯-牛顿迭代算法对目标源经纬度和电离层虚高进行联合估计，从而确定目标位置信息；

所述步骤7包括：

根据目标源信号到达M元均匀圆阵的方位角与目标源经纬度的关系、目标源信号到达M元均匀圆阵的仰角与目标源经纬度及电离层虚高的关系、第d个校正源信号到达M元均匀圆阵的方位角与第d个校正源经纬度的关系、第d个校正源信号到达M元均匀圆阵的仰角与第d个校正源经纬度以及电离层虚高的关系及所述代价函数，利用高斯-牛顿迭代算法按照式(11)对目标源经度ω_t、纬度ρ_t以及电离层虚高h进行联合估计：

其中，μ为步长因子，0μ1，μⁱ为第i次迭代步长因子；以及h⁽ⁱ⁾均为第i次迭代结果；以及h⁽ⁱ⁺¹⁾均为第i+1次迭代结果；为梯度向量；为Hessian矩阵；

其中各个元素的表达式分别为

其中，

其中l为均匀圆阵半径，λ为信号波长，为(D+1)×(D+1)阶单位矩阵I_D+1中最后一个列向量，a(ω_t,ρ_t,h)为关于目标源信号的阵列流形向量，θ_t为目标源信号到达M元均匀圆阵的方位角，β_t为目标源信号到达M元均匀圆阵的仰角，a(ω_c,1,ρ_c,1,h)为关于第1个校正源信号的阵列流形向量，ω_c,1为第1个校正源的经度，ρ_c,1为第1个校正源的纬度，β_c,1为第1个校正源信号到达M元均匀圆阵的仰角，ω_c,D为第D个校正源的经度，ρ_c,D为第D个校正源的纬度，β_c,D为第D个校正源信号到达M元均匀圆阵的仰角，a(ω_c,d,ρ_c,d,h)为关于第d个校正源信号的阵列流形向量，β_c,d为第d个校正源信号到达M元均匀圆阵的仰角，θ_c,d为第d个校正源信号到达M元均匀圆阵的方位角，r为地球半径，ω_o和ρ_o分别为观测站的经度和纬度。