[发明专利]一种基于电离层反射的多站时差多变量短波目标定位方法

说明书

本发明为一种基于电离层反射的多站时差多变量短波目标定位方法，首先对电离层、地球的反射模型进行建模，采用等效的球面反射模型，得到单个发射站发射短波经电离层反射后到达目标位置的距离模型。随后与可以测得的时差数据结合，得到p发q收的电离层短波反射方程组。其次利用非线性最小二乘将该方程转化成带约束的优化问题，并引入不同电离层虚高作为待优化的变量。最后利用误差传递公式，得到了目标定位误差的一个上界。具体为：第一步：建立短波信号经电离层反射的距离测量值与电离层虚高、发射站、接收站与目标位置信息的非线性方程；第二步：多变量优化问题的转换并求解；第三步：多变量多站时差定位方法的误差范围评估。

技术领域

本发明涉及一般情形下利用短波在电离层反射进行目标定位的方法，以及定位误差范围评估的方法，其中探测目标为位于地球表面的短波辐射源，属于短波通信辐射源定位技术领域。

背景技术

目标定位是雷达和声纳研究中的经典问题。随着全球卫星定位系统、地图导航等技术的发展，无线信号定位技术的理论和实践应用有了新的要求。在民用或军工领域，对定位的精度与可靠性的要求越来越高。传统的短波辐射源定位方法有很多，包括视距传播情形下的GPS定位；非视距传播场景下的多站时差定位(详见参考文献[3])。视距传播情形下，常见的定位算法包括基于到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、接收信号强度(RSS)和到达角度(AOA)的方法等。参考文献[1]将半正定线性规划算法(Semi-definite Programming，SDP)应用于基于距离测量的目标定位问题中。其先建立关于目标位置的伪线性化方程，利用最小二乘转化为优化问题，通过松弛此凸问题并直接应用SDP算法求解。非视距传播场景下的定位利用电离层反射或折射实现无线电波的传播。通过研究电离层模型与去污染等方式，国内外发展了大量基于电离层模型的目标定位算法，并通过这些算法成功研制了一系列主动雷达目标探测系统。参考文献[2]发现当接收基站位置固定时，低速运动目标的辐射信号在一段时间内到达该基站的电离层虚高几乎不变，其利用此建立了目标位置的定位与追踪方程，并实现了相应算法。

但已有的方法存在以下局限性：

1、视距传播情形下的GPS定位方法通常基于直线传播路径(或称为视线传播路径)的时延模型，只适用于直线传播情形(详见参考文献[7、8])。

2、基于到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、接收信号强度(RSS)和到达角度(AOA)等的参数类方法如半正定线性规划算法(详见参考文献[4、5])、泰勒展开算法(详见参考文献[6])、重要性采样法(详见参考文献[9])等算法存在过度依赖目标位置初始值的精度以及不适用于电离层反射信号的时差定位模型等问题。

3、传统的基于电离层反射信号的时差定位算法通常假设电离层虚高信息在一定时间内或一定空间内接收到的短波信号相同(详见参考文献[10、11])。

为了解决上述问题，本发明对基于电离层反射信号的多站时差定位模型提出了一种新方法，该方法引入不同电离层虚高作为待优化的变量，具有更高的适用性，可以实现目标定位。新定位方法可以适用于电离层参数未知的情形，同时对电离层参数已知情形也有较精确的结果。本发明的应用场景为：目标位置与各发射或接收雷达基站均位于地球表面。

发明内容：

本发明解决的技术问题：针对一般的多发射多接收雷达基站的情形，提出了一种利用短波在电离层反射进行目标定位的方法，以及定位误差范围评估的方法，属于短波通信辐射源定位技术领域。实现了利用短波在电离层中反射实现目标定位和误差范围评估问题提供了一个有效的解决方案。