[发明专利]一种多点定位系统接收天线优化及最优布站方法

权利要求书

1.一种多点定位系统的多径干扰评估和不同环境接收站位置、数量及天线定向性能优化的方法，其特征包括以下步骤：

第一步，建立与真实电磁环境接近的3D数学模型；

第二步，设置有效的发射机位置与接收站位置；

第三步，设置接收天线的定向性能；

第四步，利用时域有限差分法，有限元法，矩量法，几何一致绕射理论与射线追踪法中的任意一种方法，进行机场电磁信号电磁仿真；

第五步，利用上述仿真结果，通过时延参数，判断多径信号对多点定位系统干扰程度；

第六步，确定多点定位系统接收站选址限制条件及优化的目标；

第七步，根据遗传算法建立自适应函数，具体为：

式中n多径信号个数，P_i为第i条多径信号的接收功率，t_i为第i条多径信号的TOA，Pd为直达信号的接收功率，t_d为直达信号的TOA，Δt_max为直达信号与多径信号最大允许的到达时差；自适应函数用于判别算法进行迭代后的结果，同时在MLAT系统中表征多径信号对直达信号的影响程度，用于多径干扰预测与量化评估；改变第二，三步中的位置和定向性能参数，重复上述第二到第六步，计算所有可能位置上的仿真结果；

第八步，根据环境模型的仿真结果，选择机场多点定位系统接收天线的目标布局方案。

2.根据权利要求1所述的多点定位系统的多径干扰评估和不同环境接收站位置、数量及天线定向性能优化的方法，其特征在于，第一步中，需要获取将要进行MLAT接收站布局的机场的地形数字高程模型、机场建筑结构、材质与尺寸数据。

3.根据权利要求1所述的多点定位系统的多径干扰评估和不同环境接收站位置、数量及天线定向性能优化的方法，其特征在于，第二步中，发射机位置均匀分布在所要评估的MLAT系统的识别区域中，发射机位置可依据需要设置，接收位置需要结合实际以及评估的接收区域设置。

4.根据权利要求1所述的多点定位系统的多径干扰评估和不同环境接收站位置、数量及天线定向性能优化的方法，其特征在于，第三步中，需要考虑的因素为定向天线辐射的主瓣角度，天线辐射的水平方向主瓣的角度可以设置为0至360°，天线的主瓣角度会影响多径信号的抑制效果与接收天线对发射区域的覆盖范围，需要在第四步中评估不同主瓣宽度的定向接收天线MLAT接收性能。

5.根据权利要求1所述的多点定位系统的多径干扰评估和不同环境接收站位置、数量及天线定向性能优化的方法，其特征在于，第四步中，场面上飞机或车辆的信号发射机可存在的区域内的各个位置上，发射机依次发射相同功率且模式相同的信号，通过时域有限差分、有限元、矩量法以及射线追踪法与几何一致绕射理论方法中任一方法，仿真电磁信号在机场3D模型中传播，通过射线追踪法与几何一致绕射理论判断信号的反射、折射、绕射过程，并且在接收站获取发射信号的接收功率、路径损耗、到达时延参数。

6.根据权利要求1所述的多点定位系统的多径干扰评估和不同环境接收站位置、数量及天线定向性能优化的方法，其特征在于，第五步中，可以根据发射机位置与接收站位置的距离，计算出收发位置之间的直达信号所需时间，判断出直达信号，接着计算多径信号在直达信号与各个多径信号的幅值差异与相位差异，若多径信号幅值大于直达信号幅值50％以上或多径信号与直达信号时延大于0.5us，则认为受多径信号影响较为严重，回到第三步，改变定向天线主瓣宽度，重新仿真，若多径信号与直达信号幅值、时延差异满足要求，则可认为该接收天线性能满足MLAT系统识别条件，达到了空间滤波的目的，在所有满足要求的定向接收天线中，选择使主瓣宽度最大，以尽可能满足更广的覆盖率。

7.根据权利要求1所述的多点定位系统的多径干扰评估和不同环境接收站位置、数量及天线定向性能优化的方法，其特征在于，第六步中，MLAT系统的接收站位置选址往往受机场运行安全及接收站安装施工安全等多方面限制，需在模型中限定接收天线设置的区域。

8.根据权利要求1所述的多点定位系统的多径干扰评估和不同环境接收站位置、数量及天线定向性能优化的方法，其特征在于，第八步中，通过算法迭代出接收站的数量、位置、以及接收天线的定向性能，再将参数代入电磁环境模型中，采用基于射线追踪法与几何一致绕射理论仿真电磁信号在机场环境中的传播的情况，获取其直达信号与多径信号的接收功率与到达时间，将获取的参数代入自适应函数计算，若大于自适应函数要求值，则继续仿真迭代，若函数值小于要求值，则迭代结束，当前接收站的选址、数量、定向性能则为目标布局方案。