[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

说明书

本发明涉及短波单站定位技术领域，公开一种校正源存在条件下的短波单站直接定位方法，该方法首先在短波目标源附近同时放置若干位置已知的短波校正源，并利用单个观测站中的均匀圆阵接收短波信号数据，然后确定接收信号的方位角和仰角关于其经纬度以及电离层虚高参数的关系，接着基于信号子空间拟合准则构造关于目标源经纬度以及电离层虚高参数的代价函数，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。由于校正源的存在，本发明可以有效抑制电离层虚高偏差对于短波信号定位精度的影响。

技术领域

本发明涉及短波单站定位技术领域，特别涉及一种校正源存在条件下的短波单站直接定位方法。

背景技术

众所周知，无线信号定位技术广泛应用于通信、雷达、目标监测、导航遥测、地震勘测、射电天文、紧急救助、安全管理等领域，其在工业生产和军事应用中都发挥着重要作用。对目标进行定位(即位置参数估计)可以使用雷达、激光、声纳等有源设备来完成，该类技术称为有源定位技术，它具有全天候、高精度等优点。然而，有源定位系统通常需要依靠发射大功率电磁信号来实现，因此极易暴露自己的位置，容易被对方发现，从而遭到对方电子干扰的影响，导致定位性能急剧恶化，甚至会危及系统自身的安全性和可靠性。

目标定位还可以利用目标(主动)辐射或者(被动)散射的无线电信号来实现，该类技术称为无源定位技术，它是指在观测站不主动发射电磁信号的情况下，通过接收目标辐射或者散射的无线电信号来估计目标位置参数。与有源定位系统相比，无源定位系统具有不主动发射电磁信号、生存能力强、侦察作用距离远等优点，从而得到国内外学者的广泛关注和深入研究。无源定位系统根据观测站数目可以划分为单站无源定位系统和多站无源定位系统两大类，其中单站定位系统具有灵活性高、机动性强、系统简洁以及无需站间通信和同步等优点，本发明主要涉及单站无源定位体制。

对于远距离目标而言，目标辐射信号往往通过超视距传播的方式到达观测站，最常见的一种方式是信号经过电离层反射后到达地面观测站，此时要想利用单站进行定位，则需要获知电离层虚高信息，但是该信息在实际应用中很难精确获知，仅能得其近似估计值。显然，电离层虚高误差会对短波信号的定位精度产生较大影响。

另一方面，现有的无源定位过程都可以归纳为两步估计定位模式，即首先从信号数据中提取定位参数(例如方位、时延差、多普勒等)，然后再基于这些参数解算出目标的位置信息。虽然这种两步定位模式在现代定位系统中已被广泛应用，但以色列学者A.J.Weiss和A.Amar却指出了其中所存在的诸多缺点，并提出了单步直接定位的思想，其基本理念是从信号采集的数据域中直接估计目标的位置参数，而无需再估计其它中间定位参数。显然，这种单步直接定位模式也适用于短波单站定位场景，只是直接定位方法同样会受到电离层虚高误差的影响，从而产生较大的定位偏差。

发明内容

本发明针对电离层虚高误差影响的问题，提供一种校正源存在条件下的短波单站直接定位方法，以提高对短波辐射源的单站定位精度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种校正源存在条件下的短波单站直接定位方法，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和仰角分别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和仰角分别与第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；