[发明专利]使用高精度时钟对非法电台快速定位监测的方法

摘要

本发明涉及一种使用高精度时钟对非法电台快速定位监测的方法，属于广播电视及无线电监测技术领域。利用非法电台与监测前端的距离与电磁波传输时间成正比的特性，来计算出非法电台位置坐标，运用这个方法建设的监测系统由四个监测前端和一个监测中心组成，优点是采用了固定无人监测点的方法，与监测车定位方法相比，造价低，运行成本低，维护容易，定位速度快。定位方法的精度主要取决于时钟的精度，当时钟精度较高，误差在10^‑10～10^‑12时，测量的精度可达米级，不仅可以定位非法电台位置达到具体哪幢楼，甚至可以定位到具体的楼层。

主权项

一种使用高精度时钟对非法电台快速定位监测的方法，其特征在于包括下列步骤：(一)在监测管理的城市中，选择四个不同地点的分别安装一套无人监测前端设备作为四个无人监测点，分别为接收前端1、接收前端2、接收前端3和接收前端4，并测量记录好每个接收前端接收天线所在位置的经纬度和海拔高度。为了提高在高程方向上定位的精度，需要让四个前端不在同一平面上；在各无人监测前端安装精度为10^‑10～10^‑12的高精度时钟，并经过精密校准，同步之后就可以进行下一步工作；(二)先让该四个接收前端同时接收同一个非法电台P所发出的电磁波信号，先确定每个前端对这个电磁波信号都已经接收正常，然后这四个接收前端在高精度时钟的同步状态下，同时开始对这个电磁波信号的解调声音信号进行采样；(三)在采样结束之后，先对数据进行无损压缩，再把压缩数据送回中心；(四)在中心收完四个前端的发来的数据之后，分别解压缩之后得到接收前端1、2、3、4的原始采样数据序列U_1n、U_2n、U_3n、U_4n，下标中的n表示数据序列的序号；对数据U_1n和U_2n进行分析计算其相关性：${\mathrm{\γ}}_{12}=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{U}_{1n}{U}_{2n}$从U_1n的第二个数据开始，再次与U_2n计算相关性；然后再从U_1n的第三个数据开始计算。如此得到了摘要前端1、2的采样数据的相关性的序列，在这个序列中找到最大值，可以反推出最大值对应的U_1n和U_2n两组数据相差的下标序号，再根据接收前端1、2采样时对应的时钟时刻，结合采样频率可以得到前端1与前端2接收这个非法电台信号的时间差△₁₂；用同样的方式，计算接收前端1与接收前端3接收非法电台信号的时间差△₁₃，还有接收前端1与接收前端4接收非法电台信号的时间差△₁₄；(五)一个非法电台P坐标为(X,Y,Z)，在时刻t发射出的无线电信号将在t_i时刻到达坐标是(X_i,Y_i,Z_i)的第i号接收前端，i＝1、2、3、4，非法电台与第i号接收前端的距离是：$\sqrt{{(X-X_i)}^2+{(Y-Y_i)}^2+{(Z-Z_i)}^2}=C(t_i-t)$其中C是光速；把任意两个前端的距离方程相减，消掉时刻t，得到接收前端1和接收前端2距离差方程：$\sqrt{{(X-X_1)}^2+{(Y-Y_1)}^2+{(Z-Z_1)}^2}-\sqrt{{(X-X_2)}^2+{(Y-Y_2)}^2+{(Z-Z_2)}^2}={\mathrm{C\Δ}}_{12}$前端1和前端3距离差方程：$\sqrt{{(X-X_1)}^2+{(Y-Y_1)}^2+{(Z-Z_1)}^2}-\sqrt{{(X-X_3)}^2+{(Y-Y_3)}^2+{(Z-Z_3)}^2}={\mathrm{C\Δ}}_{13}$前端1和前端4距离差方程：$\sqrt{{(X-X_1)}^2+{(Y-Y_1)}^2+{(Z-Z_1)}^2}-\sqrt{{(X-X_4)}^2+{(Y-Y_4)}^2+{(Z-Z_4)}^2}={\mathrm{C\Δ}}_{14}$其中，(X₁,Y₁,Z₁)、(X₂,Y₂,Z₂)、(X₃,Y₃,Z₃)和(X₄,Y₄,Z₄)分别是代号为1、2、3、4这四个接收前端在三维空间的坐标，(X,Y,Z)是非法电台的坐标位置；(六)在平面上用逼近法计算非法电台的粗略位置，以公里整数倍任取一点坐标(X,Y)，代入接收前端1和接收前端2距离差方程，计算得到一个时间差△，之后再沿X的正方向再换一个坐标，再次计算又得到一个时间差△'，如果△'比△更接近△₁₂，那么说明逼近的方向是正确的，否则就是走反了方向；直到最终得到最接近△₁₂的那个坐标点，然后在这个最接近坐标点换一个Y，再次用上述逼近法得到最接近的点，如此反复，得到以1公里为单位的接收前端1和接收前端2距离差方程中所有可能粗解序列S；把S中所有坐标数据依次代入接收前端1和接收前端3的距离差方程，得到距离差△”与△₁₃相比较，找到最接近的那个坐标，就是在平面上的非法电台粗略位置；(七)在非法电台粗略位置附近，以50米的整数位为单位任取一点坐标(X,Y)，采用上个步骤的方式，再次代入接收前端1和接收前端2距离差方程，并在这1公里之内改变Y，得到以50米为单位的接收前端1和接收前端2距离差方程中所有可能解序列E，之后用接收前端1和接收前端3的距离差方程测试序列E中每一个坐标值，找到与△₁₃误差最小的那个坐标，就是以50米为单位的非法电台平面坐标；(八)在上一步计算得到非法电台平面位置附近300米内，加上Z方向的坐标，以25米为单位划分立体空间成为一个12×12×12的网格空间，把这个空间的所有坐标点逐个代入接收前端1和接收前端2、接收前端1和接收前端3、接收前端1和接收前端4的距离差方程，得到所有时间差与测量结果都最接近的那个坐标，就是非法电台所在三维空间位置的坐标。