[發明專利]一種多點定位系統接收天線優化及最優布站方法

有效

• 申請號: 201811075579.2
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109188355B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 華偉;姜官男
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01S5/08
• 分類號: G01S5/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種多點定位系統的多徑干擾評估和不同環境接收站位置、數量及天線定向性能優化的方法，其特征包括以下步驟：

第一步，建立與真實電磁環境接近的3D數學模型；

第二步，設置有效的發射機位置與接收站位置；

第三步，設置接收天線的定向性能；

第四步，利用時域有限差分法，有限元法，矩量法，幾何一致繞射理論與射線追蹤法中的任意一種方法，進行機場電磁信號電磁仿真；

第五步，利用上述仿真結果，通過時延參數，判斷多徑信號對多點定位系統干擾程度；

第六步，確定多點定位系統接收站選址限制條件及優化的目標；

第七步，根據遺傳算法建立自適應函數，具體為：

式中n多徑信號個數，P_i為第i條多徑信號的接收功率，t_i為第i條多徑信號的TOA，Pd為直達信號的接收功率，t_d為直達信號的TOA，Δt_max為直達信號與多徑信號最大允許的到達時差；自適應函數用于判別算法進行迭代后的結果，同時在MLAT系統中表征多徑信號對直達信號的影響程度，用于多徑干擾預測與量化評估；改變第二，三步中的位置和定向性能參數，重復上述第二到第六步，計算所有可能位置上的仿真結果；

第八步，根據環境模型的仿真結果，選擇機場多點定位系統接收天線的目標布局方案。

2.根據權利要求1所述的多點定位系統的多徑干擾評估和不同環境接收站位置、數量及天線定向性能優化的方法，其特征在于，第一步中，需要獲取將要進行MLAT接收站布局的機場的地形數字高程模型、機場建筑結構、材質與尺寸數據。

3.根據權利要求1所述的多點定位系統的多徑干擾評估和不同環境接收站位置、數量及天線定向性能優化的方法，其特征在于，第二步中，發射機位置均勻分布在所要評估的MLAT系統的識別區域中，發射機位置可依據需要設置，接收位置需要結合實際以及評估的接收區域設置。

4.根據權利要求1所述的多點定位系統的多徑干擾評估和不同環境接收站位置、數量及天線定向性能優化的方法，其特征在于，第三步中，需要考慮的因素為定向天線輻射的主瓣角度，天線輻射的水平方向主瓣的角度可以設置為0至360°，天線的主瓣角度會影響多徑信號的抑制效果與接收天線對發射區域的覆蓋范圍，需要在第四步中評估不同主瓣寬度的定向接收天線MLAT接收性能。

5.根據權利要求1所述的多點定位系統的多徑干擾評估和不同環境接收站位置、數量及天線定向性能優化的方法，其特征在于，第四步中，場面上飛機或車輛的信號發射機可存在的區域內的各個位置上，發射機依次發射相同功率且模式相同的信號，通過時域有限差分、有限元、矩量法以及射線追蹤法與幾何一致繞射理論方法中任一方法，仿真電磁信號在機場3D模型中傳播，通過射線追蹤法與幾何一致繞射理論判斷信號的反射、折射、繞射過程，并且在接收站獲取發射信號的接收功率、路徑損耗、到達時延參數。

6.根據權利要求1所述的多點定位系統的多徑干擾評估和不同環境接收站位置、數量及天線定向性能優化的方法，其特征在于，第五步中，可以根據發射機位置與接收站位置的距離，計算出收發位置之間的直達信號所需時間，判斷出直達信號，接著計算多徑信號在直達信號與各個多徑信號的幅值差異與相位差異，若多徑信號幅值大于直達信號幅值50％以上或多徑信號與直達信號時延大于0.5us，則認為受多徑信號影響較為嚴重，回到第三步，改變定向天線主瓣寬度，重新仿真，若多徑信號與直達信號幅值、時延差異滿足要求，則可認為該接收天線性能滿足MLAT系統識別條件，達到了空間濾波的目的，在所有滿足要求的定向接收天線中，選擇使主瓣寬度最大，以盡可能滿足更廣的覆蓋率。

7.根據權利要求1所述的多點定位系統的多徑干擾評估和不同環境接收站位置、數量及天線定向性能優化的方法，其特征在于，第六步中，MLAT系統的接收站位置選址往往受機場運行安全及接收站安裝施工安全等多方面限制，需在模型中限定接收天線設置的區域。

8.根據權利要求1所述的多點定位系統的多徑干擾評估和不同環境接收站位置、數量及天線定向性能優化的方法，其特征在于，第八步中，通過算法迭代出接收站的數量、位置、以及接收天線的定向性能，再將參數代入電磁環境模型中，采用基于射線追蹤法與幾何一致繞射理論仿真電磁信號在機場環境中的傳播的情況，獲取其直達信號與多徑信號的接收功率與到達時間，將獲取的參數代入自適應函數計算，若大于自適應函數要求值，則繼續仿真迭代，若函數值小于要求值，則迭代結束，當前接收站的選址、數量、定向性能則為目標布局方案。