[发明专利]一种短波同频信号直接定位方法

说明书

本发明属于短波无线电定位技术领域，涉及到短波同频信号直接定位方法。本发明提供的短波同频信号直接定位方法，创新性地提出多径条件下短波同频信号的定位方法，即通过单天线分布式传感器对目标信号进行同步采集，建立了短波信号传播的状态空间模型。通过引入空间频移算子，将信号由时域转换到空间域并得到随机空间谱。在此基础上，分析了该方法具备抑制多径和噪声分量的空间特征，提出了空间稀疏化方法，采用k均值聚类方法，实现了对多个目标的联合定位方法。

技术领域

本发明属于短波无线电定位技术领域，涉及到短波同频信号直接定位方法，具体涉及一种时频域均混叠情况下空间域的转换，抑制多径干扰的同时实现短波同频发射源的联合定位方法。

背景技术

按照无线电频率划分，短波是指频率在3MHz-30MHz，波长在100m-10m的电磁波，利用短波频段进行的无线电通信称为短波通信。由于短波通信依靠电离层反射作为传输媒介，无需中继站便可实现远距离通信，其建设、运营成本相对较低，因此在军事、广播、气象、商业和外交等领域得到广泛的应用。特别是近年来，随着信息技术的不断发展，增强了短波通信自动化以及新业务能力，形成了现代短波通信系统的新体系。

在远距离通信方面的优势使短波通信取得了很多进展，但也存在一些问题。短波信号借助电离层反射进行传输，电离层受大气、天气影响在不同季节和不同天气情况下表现出不同的传播特性。因此，短波通信的传输信道具有时变性和不确定性。而多径传输、多普勒频移等造成短波信号在时域、频域、空域三维空间的扩展，也会影响短波信号传输的有效性和可靠性。电磁环境日益复杂，短波频率资源极度紧缺，多种制式的异构网络共存且竞争有限的频谱资源，短波通信中无线电干扰现象日渐增多，严重影响通信质量。此外，小型化移动短波发射站的兴起及海上移动军事目标的短波通信给无线电监测带来了前所未有的挑战。

目前短波信号监测定位技术主要是以国家级短波监测网为基础，同时借助于基于相关干涉仪技术或者空间谱测向定位得以实现。传统的短波定位技术依赖于信号的波达角度测量，再通过搜索多条测向线的交汇区域对目标进行定位。为提升测向的精度，基于空间谱理论的超分辨算法得到了广泛的应用。但是，传统的测向系统需要配备中型甚至大型天线阵列及配套的多通道信号采集设备，经济成本高昂且占地面积庞大，特别在一些经济发达地区，面临着站址资源匮乏这一世界性难题。于此同时，不断恶化的电磁环境也导致测向系统的性能严重下降。在这种情况下，采用分布式单天线配置的短波时差定位技术逐渐引起关注，这种模式对用地和电磁环境要求相对较低，但由于受到时变电离层和同频干扰等因素影响，很难实现对到达时间差(TDOA)参数的准确测量，进而降低了对目标位置估计的精度。这些算法均是采用两步法，即首先进行时延参数估计，再通过估计值进行定位方程解算获得目标的位置估计，参数估计与定位求解是两个相互独立的部分。这种方法无法保证观测一致性，特别是低信噪比和短数据情况下的参数估计的误差会严重累加到位置估计中。而本发明提出的直接定位方法前提是假设各接收端获取的信号来自同一个发射源，从同步接收到的I/Q数据中直接获取目标位置的估计结果。主要研究内容是将空间谱理论方法、变换域稀疏化方法的有机地结合，提出新型短波定位技术理论与方法。本发明立足于短波监测的实际情况，研究成果可以丰富我国短波监测理论和技术、突破瓶颈，大幅度提升短波发射源定位精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种短波同频信号直接定位方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供的短波同频信号直接定位方法的核心是一种信号变换域新方法，使得短波信号的主径分量得到增强、多径分量得到抑制，进而在该变换域直接获得目标的位置估计，如何有效的提取有用信息，要完成这一核心目标，需要解决问题如下：

(1)采集同步的I/Q数据；

(2)将时域的随机位置样本点转换到空间域；

(3)多径的传播与同频干扰；

(4)非视距多径抑制及低信噪比信号特征参数提取；