[发明专利]电离层高度与目标位置联合优化的短波时差定位方法

说明书

本发明属于信号参数测量与估计领域，公开了一种电离层高度与目标位置联合优化的短波时差定位方法，首先建立短波超视距时差定位模型；然后对接收信号采用二维互模糊相关算法求取任意两个接收站间的时延差；接着在视距场景即假设电离层高度为零时，利用Chan算法求得粗定位结果；最后在粗定位结果的基础上，利用遗传算法联合优化电离层高度与目标位置以获取精确定位结果。与现有的技术相比，本发明提供的方案不需要有关电离层参数的先验信息即可实现高精度有效定位，算法应用范围广，鲁棒性强，实施简单。

技术领域

本发明属于信号参数测量与估计领域，具体涉及一种基于电离 层高度与目标位置联合优化的短波超视距时差定位方法。

背景技术

短波通信是唯一不受网络枢纽和有源中继制约的远程通信手 段，其通过电离层反射的传输方式，传播距离可达数千公里。国内 外学者在短波超视距定位方面进行了部分研究，目前常用的定位方 法主要包括两类：基于双站/多站测向交会定位技术和单站测向定位 技术。传统双站/多站测向交会定位技术以到达角定位方法为基础， 由两个或多个角度方向相交来确定辐射源位置；而单站测向定位技 术则通过对短波信号方位角、仰角以及电离层反射高度进行测量以 实现单接收站定位。这两种方法均需要对来波信号进行测向，而测 向必然要使用天线阵列，相比于微波频段，短波阵列占地面积大， 为实现高的测向精度，阵列孔径可达几百米；同时设备复杂，生产 和维护成本高。为此考虑采用时差定位方法，相比于传统的测向定 位技术而言，设备简单、处理时间短、成本低廉且机动能力强。国内外有少数学者在电离层高度已知或者通过一些经验信息推算出电 离层高度的基础上建立时差定位模型解算出目标辐射源的位置，这 种时差定位方法需要对电离层特性有深入的理解，同时对各地区电 离层历史参数信息有大量的数据积累，显然有时是不太可能的；同 时存在着推算出的电离层高度不精确导致定位精度急剧下降的问 题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电离层高度与目标位置联合优化 的短波超视距时差定位方法，解决现有方法中电离层反射高度不易 求解以及推算结果不精确导致定位精度有限的问题。

本发明采用的技术方案为：

一种电离层高度与目标位置联合优化的短波时差定位方法，具 体包括如下步骤：

步骤1，构建短波超视距时差定位模型，具体如下：

在短波信号超视距传输模型中，目标辐射源到各接收站的信号 传输距离表示为：

式中，N_r表示接收站的数量，N_r≥4，h_i表示第i条路径中的电 离层反射高度，d_i(·)表示地面两点间的大圆距离，由球面余弦公式 (2)求得，和分别表示目标辐射源和第i个接收站的经 纬度坐标；

假设t₀时刻目标辐射源发射信号，第i个接收站接收到信号的时 刻为t_i，第j个接收站接收到信号的时刻为t_j，j≠i，则有

式中，τ_i和τ_j分别对应表示第i条路径和第j条路径对应的时延， V_c为电磁波传播速度，令第i条路径和第j条路径对应的时延差 Δτ_ij＝τ_i-τ_j，则时差定位方程表示为：

再加上地球表面方程：

由式(1)、(4)和(5)组成一个关于的 多元非线性方程组；

步骤2：利用二维互模糊相关算法求任意两个接收站间的时延 差，具体如下：