[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

说明书

本发明涉及民用航空领域中多点定位技术领域，尤其涉及一种多点定位系统多径干扰预测及评估方法和针对接收站所处不同机场环境而优化接收站位置、数量、接收天线定向性能的方法。本发明从多点定位系统接收天线进行优化，采用不同的定向天线抑制多径干扰，由获取的详细数据建立与真实环境接近的机场区域3D物理模型，采用基于射线追踪法、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，最后结合遗传算法及机场环境、MLAT系统布局、接收天线定向性能获得多目标最优解。本发明提高了仿真的电磁参数结果可靠性，提供了更加精确的MLAT系统覆盖分析，能够预测电磁传播，优化站点布局，提高接收信号的信噪比，增强多点定位系统的定位识别能力。

技术领域

本发明涉及民用航空领域中多点定位技术领域，尤其涉及一种多点定位系统多径干扰预测及评估方法和针对接收站所处不同机场环境而优化接收站位置、数量、接收天线定向性能的方法。

背景技术

基于到达时差(Time Difference of Arrival，简称TDOA)的多点定位技术是一种不同于传统雷达的新型定位监视技术，与传统雷达相比具有定位原理直观清晰、站点布局灵活易控、定位精度随站点布局分布均匀等独特优点，使其被国际民航组织推荐作为“先进的场面活动引导和控制系统”的机场场面监视技术。

多点定位技术可划分为场面多点定位(跑道/滑行道监视、站坪监视)与广域多点定位(航路/进近监视、高度监视、平行跑道监视)两大类。在相对狭窄、建筑物众多，飞机密集，地理环境与电磁环境复杂的机场区域，多径干扰下的目标信号严重影响信号的有效接收。多点定位系统接收天线因机场安全及其他因素限制，其位置多位于机场廊桥顶端，接收位置与航站楼距离近，多径信号功率强，与直达信号到达接收天线的时差小，多径信号在接收天线上的叠加，引起信号脉冲形状失真和码间干扰，导致定位精度产生较大误差，甚至无法被系统识别。多径干扰严重时，目标信号到达时间(Time of Arrival，简称TOA)测量误差过大，导致多点定位TDOA定位方程组无解，无法实现对目标有效定位，出现丢点现象。机场复杂电磁环境中的多径干扰，是直接影响多点定位性能的关键因素，是多点定位系统迫切需要解决的实际问题。

公开(公告)号CN103901397A公开了一种复杂环境下场面多点定位位置解的取舍方法，主要负责多点定位系统复杂实际场面环境下TDOA到目标定位位置的汇算以及定位位置的自检输出功能。主要原理是通过判断chan氏多点定位算法两步位置估计残差样本是否符合正常噪声水平下的概率分布来对定位结果进行后续处理与取舍操作。所述专利只通过对位置的样本残差估计判定是否符合正常噪声水平对站点进行取舍，而未从信道传输的原始根源上降低噪声。公开(公告)号CN104833953A公开了一种基于TDOA和航迹双跟踪模块系统架构的机场非视距信道环境下的多点定位监视系统和方法，所述专利通过TDOA跟踪处理生成校正后的TDOA信息，通过航迹跟踪处理生成校正后的位置信息。但所述专利只适用于非视距信道环境下的多点定位监视系统，通过航迹跟踪辅助校正TDOA信息，无法从电磁信号在信道传输的原始根源上解决多点定位系统中非视距干扰及多径干扰问题。公开(公告)号CN104965401A公开了一种多点定位相关监视系统的到达时间测量方法及系统，在多点定位相关监视系统提供的系统基准时钟下，对于接收到的目标应答信号进行A/D采样量化；对A/D采样量化后的数字信号进行差分匹配滤波；对差分匹配滤波后的信号进过零点检测；在检测门限内采用过零点检测技术获得目标应答信号的达到时间。在有效提高多点定位相关监视系统的定位精度及降低硬件成本要求的前提下，达到提高到达时间的估精度、减少系统测量时间误差的目的。但是所述专利只采用了差分匹配滤波的软件滤波的方式，对信道中干扰抑制作用有限。因此上述所有专利没有从根源上解决民航多点定位系统中复杂电磁环境下多径干扰的问题。