[發明專利]多徑傳播條件下散射體位置已知的定位方法

在審

• 申請號: 202010129071.7
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111257901A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 李明兵;王立;萬群;張露西;顧鵬程;李逸君;雷志雄
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: G01S17/14
• 分類號: G01S17/14;G01S7/486;G01S7/4865
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發明公開的一種多徑傳播條件下散射體位置已知的定位方法，旨在提供一種定位快速,精度較高的定位方法。本發明通過下述技術方案實現：在直達徑和與散射體反射的非直達徑環境中，觀測站天線陣列接收目標輻射源信號直達波和散射體反射波，將目標輻射源發射電磁波信號傳輸到觀測站，測量觀測位置坐標和散射體位置坐標，確定散射體與觀測站之間的距離；在目標位置未知的情況下，根據截獲目標信號，估計直達波與非直達波之間的時差和直達波的方位角及非直達波的方位角，計算出散射體與觀測站之間的距離和目標與觀測站之間的距離，估計目標位置，確定目標輻射源與觀測站之間的距離和目標位置的閉式解，獲得TDOA時延差值，估計出待定位節點位置坐標。

技術領域

本發明屬于電子信息技術領域，具體涉及一種采用觀測站天線陣列接收目標輻射源信號直達波和散射體反射波，利用觀測站天線陣列測量的目標直達波的方位角、散射體反射波的方位角以及目標輻射源信號直達波和散射體反射波之間的到達時差TDOA，對目標進行定位的方法。

背景技術

無線電波傳播的主要方式是空間波，即直射波、反射波、折射波、繞射波以及它們的合成波。多徑環境對較低離地高度天線影響較大，其路徑損耗系數大于2，當天線離地高度增加時，其路徑損耗系數則趨向于自由空間的損耗系數值2；也就是說，天線離地高度越低，對路徑損耗的影響就越大。此外，相對垂直極化，水平極化的路徑損耗系數曲線具有更多紋波。在復雜的電磁環境下，由于電磁散射效應，周邊的一些非目標散射體會產生大量的多徑分量。在此種情況下，目標體回波信號與背景環境多徑散射信號往往會混雜在一起，一同進入天線，引起目標體回波信號的幅度衰落與相位改變，從而導致定位與距離測量誤差。當無線電波遇到物體時，產生反射、折射和散射，而在電波傳播的過程中會遇到不同的物體，因而會產生不同的發射、折射和散射，所以在任何一個接受點上均可能收到來自不同路徑的同源電磁波，這就是多徑傳播。多徑傳播效應是由于大型建筑物或山脈反射信號所引起的。接收天線將會收到直達信號和經反射而有延遲的信號。多徑效應會產生失真，在收看電視節目時，多徑傳播效應便會讓圖像出現“重影”。接收端接收到的信號是直達波和多個反射波的合成。造成多徑傳播的原因很多，而起主要作用的是信號源與基站周圍存在的散射體對無線電波的反射與折射。由于大氣折射是隨時間變化的，傳播路徑差也會隨時間和地形地物而變化。多徑信號如果同相，則相加；如果反相，則抵消。由此造成接收端信號的幅度變化，稱為衰落。由于這種衰落是由多徑引起的，因此稱之為多徑衰落。擴頻測距系統中，來自信號源的信號在其發射和傳播過程中由于受到環境因素的影響而導致接收信號中帶入周圍環境造成的反射或者繞射信號，這種信號畸變使接收信號的極化方式、相位、多普特頻移發生變化，從而產生定位偏差甚至信號失鎖，構成多徑效應。多徑效應屬于偶然誤差范疇，具有較強的地域性和時變性。由于信號源與接收天線的相對位置時刻在變化，信號的入射角度也相應發生變化，因而多徑效應也是時變的。擴頻測距系統一般采用衛星做信號源，若接收機位置是固定的，衛星空間結構相對于觀測點是依衛星的運行周期而重復的，因此產生多路徑的場景也是重復的。這直接導致多路徑效應具有重復性。多徑信號并不能歸結為一個確定的周期性信號，也不可能用某一模型來準確預測，因此它應該屬于隨機信號。由于環境復雜多變，信號傳播過程中會有各種各樣的繞射、散射、反射，入射電波從不同方向傳播到達，由于信號傳播會遇到不同的路徑，各個路徑的傳播距離也不同，因而各路徑到達接收機的時間不同，不同時延的多徑信號在接收端經過疊加，有時多徑信號同相疊加會增強，有時多徑信號反向疊加會減弱，因此，接收到的多徑信號的幅度將會發生變化，產生了信號的衰落，這種衰落是因為多徑效應引起的，所以稱為多徑衰落。在一些存在復雜多徑的環境下，對于直達路徑的檢測也不是很容易的。這是因為在復雜多徑的環境下，存在目標體散射多徑以及大量的非目標體散射多徑，此時直達路徑如果存在的話，很有可能不是最強路徑，這加大了檢測的難度；另一個原因是如果存在多徑之間彼此不能分辨的情況，接收脈沖之間就可能存在干擾，因此，直達路徑就有可能和其它路徑產生重合。