[发明专利]一种校正源存在条件下的短波多站直接定位方法

权利要求书

1.一种校正源存在条件下的短波多站直接定位方法，其特征在于，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：利用N个观测站对目标源信号和D个校正源信号进行接收，每个观测站利用未得到通道校正的均匀圆阵采集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N个观测站的方位角分别与目标源经纬度的关系，并确定目标源信号到达N个观测站的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N个观测站的方位角分别与第d个校正源经纬度的关系，并确定第d个校正源信号到达N个观测站的仰角分别与第d个校正源经纬度以及电离层虚高的关系，1≤d≤D；

步骤5：每个观测站利用采集到的K个信号样本对应的阵列信号模型构造协方差矩阵，并将协方差矩阵传送至N个观测站中的中心站；

步骤6：中心站利用N个观测站的协方差矩阵，基于最大似然准则构造联合估计目标源经纬度、电离层虚高以及多阵列幅相误差矩阵的代价函数；

所述步骤6包括：

中心站利用N个观测站的协方差矩阵基于最大似然准则构造联合估计目标源经度ω_t、纬度ρ_t、电离层虚高{h_n}_1≤n≤N以及多阵列幅相误差矩阵{Γ_n}_1≤n≤N的代价函数；所述代价函数为：

式中，h＝[h₁ h₂ … h_N]^T表示电离层虚高参数；表示阵列幅相误差参数；Π^⊥[Γ_nA_n(ω_t,ρ_t,h_n)]表示正交投影矩阵，Π^⊥[Γ_nA_n(ω_t,ρ_t,h_n)]＝I-Γ_nA_n(ω_t,ρ_t,h_n)((Γ_nA_n(ω_t,ρ_t,h_n))^HΓ_nA_n(ω_t,ρ_t,h_n))^-1(Γ_nA_n(ω_t,ρ_t,h_n))^H,1≤n≤N

其中，I为单位矩阵；A_n(ω_t,ρ_t,h_n)为第n个观测站的阵列流形矩阵，vecd()表示将对角矩阵的对角元素提取出来形成向量；

步骤7：根据目标源信号到达N个观测站的方位角分别与目标源经纬度的关系、目标源信号到达N个观测站的仰角分别与目标源经纬度及电离层虚高的关系、第d个校正源信号到达N个观测站的方位角分别与第d个校正源经纬度的关系、第d个校正源信号到达N个观测站的仰角分别与第d个校正源经纬度以及电离层虚高的关系及所述代价函数，利用交替迭代算法对目标源经纬度、电离层虚高以及多阵列幅相误差进行联合估计，从而确定目标的位置信息；

所述步骤7包括：

步骤7.1：将ω_t、ρ_t以及{h_n}_1≤n≤N作为第一组参数，将{Γ_n}_1≤n≤N作为第二组参数，将第二组参数固定为当前更新值，即将{Γ_n}_1≤n≤N固定为将g固定为根据目标源信号到达N个观测站的方位角分别与目标源经纬度的关系、目标源信号到达N个观测站的仰角分别与目标源经纬度及电离层虚高的关系、第d个校正源信号到达N个观测站的方位角分别与第d个校正源经纬度的关系、第d个校正源信号到达N个观测站的仰角分别与第d个校正源经纬度以及电离层虚高的关系及所述代价函数，按照式(10)对第一组参数进行估计：

式中，μ为步长因子，0μ1，μⁱ为第i次迭代步长因子；以及h⁽ⁱ⁾均为第i次迭代结果；以及h⁽ⁱ⁺¹⁾均为第i+1次迭代结果；为梯度向量；为Hessian矩阵；

其中各个元素的表达式分别为

式中，

式中，l_n为第n个观测站的均匀圆阵半径，λ为信号波长，阶单位矩阵中最后一个列向量，n₁表示矩阵第n₁行，n₂表示矩阵第n₂列，为第n₁个观测站的幅相误差矩阵的当前更新值，为第n₁个观测站的阵列流形矩阵，为信号到达第n₁个观测站所经历的电离层虚高，a_n(ω_t,ρ_t,h_n)为目标源信号到达第n个观测站的阵列流形向量，θ_t,n为目标源信号到达第n个观测站的方位角，β_t,n为目标源信号到达第n个观测站的仰角，β_c,1,n为第1个校正源信号到达第n个观测站的仰角，ω_c,1为第1个校正源的经度，ρ_c,1为第1个校正源的纬度，β_c,D,n为第D个校正源信号到达第n个观测站的仰角，ω_c,D为第D个校正源的经度，ρ_c,D为第D个校正源的纬度，ω_c,d为第d个校正源的经度，ρ_c,d为第d个校正源的纬度，θ_c,d,n为第d个校正源信号到达第n个观测站的方位角，β_c,d,n为第d个校正源信号到达第n个观测站的仰角，ω_o,n为第n个观测站的经度，ρ_o,n为第n个观测站的纬度，r为地球半径；

步骤7.2：将第一组参数固定为当前更新值，即将ω_t、ρ_t以及h分别固定为以及根据目标源信号到达N个观测站的方位角分别与目标源经纬度的关系、目标源信号到达N个观测站的仰角分别与目标源经纬度及电离层虚高的关系、第d个校正源信号到达N个观测站的方位角分别与第d个校正源经纬度的关系、第d个校正源信号到达N个观测站的仰角分别与第d个校正源经纬度以及电离层虚高的关系及所述代价函数，按照式(11)对第二组参数进行优化求解：

式中，g⁽ⁱ⁾为第i次迭代结果；g⁽ⁱ⁺¹⁾为第i+1次迭代结果；为梯度向量；为Hessian矩阵；

其中各个元素的表达式分别为

式中，

步骤7.3：按照式(10)和式(11)交替地对第一组参数和第二组参数进行优化求解，直至迭代收敛为止。