CN103544376A

CN103544376A - 短波固定监测站测向数据修正方法

Info

Publication number: CN103544376A
Application number: CN201310434854.6A
Authority: CN
Inventors: 俱莹; 夏峰; 丁鲜花; 刘宝生; 赵延安
Original assignee: Monitoring Station Country Radio Monitoring Center Shaanxi
Current assignee: Monitoring Station Country Radio Monitoring Center Shaanxi
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2033-09-23
Also published as: CN103544376B

Abstract

本发明涉及短波固定监测站测向数据修正方法。现有测向系统一般是针对理想环境设计的，但是实际中短波监测站测向场地周边环境复杂，与理想环境有一定差距，因而得到的测向数据不够准确。短波固定监测站测向数据修正方法，其特征在于：包括以下步骤：测试频点的选取和测试；数据处理；非线性回归与数据修正。本发明在各短波固定监测站周边环境各异，测向设备在设计时无法适应所有监测站要求的情况下，提高了测向准确度。

Description

短波固定监测站测向数据修正方法

技术领域

本发明涉及无线电测向技术，尤其涉及短波固定监测站测向数据修正方法。

背景技术

通过测量无线电波的特性参数，获得电波的传播方向，进而确定其辐射源所在方向的过程，称为无线电测向。利用电磁波还可确定辐射源的位置，称为无线电定位。无线电测向与定位是无线电监测的重要内容，是对无线电信号进行分选、识别的重要依据。无线电测向的物理基础是无线电波在均匀媒质中传播的匀速直线型及定向天线接收电波的方向性。无线电测向实质上是测量电磁波波阵面的法线方向相对于某一参考方向（通常规定为通过测量点的地球子午线正北方向）之间的夹角。能完成这一测量任务的无线电设备称为无线电测向机或无线电测向设备。

被测辐射源的方向通常用方位角表示，它是通过观测点（观测站所在位置）的子午线正北方向与被测辐射源到观测点连线按顺时针所形成的夹角，方位角的角度范围是0°~360°。通常以测向天线所在位置作为观测参考点，在水平面0°~360°范围内考察目标辐射源来波信号的方向，称为来波信号的水平方位角，通常用符号来表示。方位角描述的是目标辐射源准确的来波方向，是没有考虑误差的精确描述。

实际测向过程中，电波在非理想均匀的媒质中传输将引起波阵面畸变，使得波阵面的法线方向偏离目标电台到测向天线之间的连线方向；测向设备的测量误差总是不可避免的或大或小存在。因此测向设备所测得的示向度值与目标辐射源真实方位值之间的差别将客观存在，或者说测向误差总是客观存在的。

测向准确度（DF accuracy，也称为测向精度）是无线电监测工作中的常用概念，不同的设备制造商对于测向设备准确度的描述存在差异。测向准确度这个指标对于固定监测站十分重要，因为它直接影响交会定位的精度，对于短波监测站更是如此。测向准确度在国军标GJBz20162-93的定义为：在一定的信号强度下，测向设备测出的示向度与被测目标的方位角之差的统计值。

目前，短波测向主要是采用多站联合测向定位确定目标位置，定位误差与各监测站的测向误差密切相关，尤其是短波传播距离长，示向度微小的误差会造成实际位置很大的差异。因此，提高单站测向准确度对于准确定位目标起到至关重要的作用。

现有的测向体制主要有：比幅法测向、多普勒测向、干涉仪测向、相关干涉仪测向、空间谱测向等。上述的测向系统一般是针对理想环境设计的，但是实际中短波监测站测向场地周边环境复杂，与理想环境有一定差距，因而得到的测向数据不够准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在周边环境复杂的情况下得到准确测向数据的短波固定监测站测向数据修正方法。

1. 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：短波固定监测站测向数据修正方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：测试频点的选取和测试；

步骤二：数据处理；具体包括以下步骤实现：

A.剔除偶然误差；

B.坏值剔除后对同一频率的多个测量数据求均值；

C.求取同一位置不同频率点的数据权值；

D.求解每个位置上的误差值；

步骤三：非线性回归与数据修正。

所述步骤一的具体步骤如下：

A.在短波台站数据库中查找并记录频点的发射台站位置、经纬度；

B.计算发射台站与短波固定监测站测向天线场的距离；

C.选出距离大于350千米的频点；

D.计算上述步骤C选出频点的标准示向度；

E.对上述步骤C选出频点多次反复测量，记录测试日期、时间、天气、信号的示向度、电平、带宽。

上述步骤二数据处理中的步骤A中选取格拉布斯判据作为偶然误差剔除的准则；步骤二数据处理中的步骤C采用最小均方误差准则作为求取同一位置不同频率点的数据权值的方法。

所述步骤三选取多项式作为非线性回归的模型。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明在各短波固定监测站周边环境各异，测向设备在设计时无法适应所有监测站要求的情况下，提高了测向准确度；

2.本发明不需要对原测向设备进行改动，节约了投资；

3.短波监测站可根据本站实际环境应用此方法建立回归模型，修正示向度，灵活性高，应用性强。

附图说明

图1为本发明数据修正的流程；

图2为本发明实施例中修正前的误差绝对值；

图3为本发明实施例中修正后的误差绝对值；

图4为本发明实施例中修正前后的误差百分比。

具体实施方式

如图1所示，短波固定监测站测向数据修正方法,具体包括以下步骤：

步骤一：测试频点的选取和测试：为消除环境因素造成的固有的系统误差，测试频点应选取常发的、示向度稳定的短波频点；另外，为使拟合出的曲线能准确反映实际误差随示向度的变化趋势，选取的频点的示向度应在各个方向都有分布。

步骤一的测试频点的选取和测试的具体步骤为：

B.计算发射台站与短波固定监测站测向天线场的距离；

其具体计算方法如下：

设地球半径为R，两点A、B的经纬度为A（

，

），B（

，

），则两点间的距离为：

（1）

C.选出距离大于350千米的频点；短波的传播距离在350千米以上时为天波传播，电波反射时进入电离层较浅，受电离层变化的影响小，测向误差起伏不大，符合测试频点选取的要求。

D.计算上述步骤C选出频点的标准示向度；此步骤是个球面三角问题，设两点A、B的经纬度为A（，

），B（

，

），两点间的距离为AB，首先求出AB所在的大圆弧长p为：

（2）

AB与真北方向的夹角

为

（3）

设A点为台站位置，B点为短波固定监测站天线场位置，则台站位置A相对于短波固定监测站天线场B的标准示向度

为

（4）

E.对上述步骤C选出频点多次反复测量，记录测试日期、时间、天气、信号的示向度、电平、带宽

步骤二：数据分析处理：详细步骤如下：

A.剔除偶然误差，本发明选取格拉布斯判据作为偶然误差剔除的准则；

B.坏值剔除后对同一频率的多个测量数据求均值；

C.求取同一位置不同频率点的数据权值；同一位置的不同频率辐射源，相对于某一固定测向站而言，其方位角都是相同的。但由于电离层传输特性与频率相关，并且测向设备对不同频率信号的响应不同，会导致短波固定测向站对同一位置发射的不同频率辐射源测向结果不一致。而在进行短波测向站误差修正时，同一方位角条件下，只能选用一个测量的示向度。因此，当某一方位角条件下，存在多个不同频率的示向度时，需综合考虑测量结果，选取一个最优的示向度。

当考虑频率影响时，本发明选取的最优示向度是所有测量结果的线性组合，即

（5）

其中

是不同频率时多次测量示向度的均值，

是

的加权值。要求得

，就必须要确定加权值。记最优示向度与每个测量示向度的均方误差为

（6）

要求得

的值，只需令

（i=1,2，···n）即可，也即

（7）

其矩阵形式为

（8）

上式可以通过广义逆矩阵求得权值

的最小二乘解。

根据上述公式（5）求得最优示向度

；

D.求解每个位置上的误差值；

（9）

步骤三：非线性回归与数据修正；

为减小测向误差，引入修正值：

（10）

实际测试中标准示向度

未知，因此只能通过对已知台站求得的误差得到已知方向上的修正值，通过曲线拟合来估计所有方向上的修正值。则修正后的示向度为：

（11）

本发明采用多项式作为非线性回归方程的数学模型。即采用如下模型：

（12）

令

，j=1,2,…,k，上式可化为k元线性回归问题。假定对自变量

的n组不同取值为

，得到因变量mod的n次观测值

。则有关系式：

（13）

写成矩阵形式为

（14）

其中，

，，

设

为

的最小二乘估计，则

（15）

其中。

根据（15）式求得系数的最小二乘估计，得到拟合曲线。修正因子

可通过（12）式求解，由（11）式可以获得修正后的示向度。

下面给出本发明方法指导下的实例：

在陕西监测站现有测向系统的基础上，在陕西站的监测环境和不同天气、时段等条件下，对多个来波方向的不同频率信号进行了多次测向，并根据测向结果的统计特性，建立了来波实际测向方位与误差的数学模型，确定了模型参数，在此基础上，估计了来波示向度的修正值。如图2、图3所示，修正后的误差绝对值较修正前更趋近于0，误差普遍减小。修正后的均方根误差减小了0.7386度。

修正前后的误差百分比如图4所示，修正前误差最小值为0.015度，最大值为10.824度，50%的误差落在1.793度内，80%的误差落在3.324度内。修正后误差最小值为0.01度，最大值为8.4085度，50%的误差落在1.0361度内，80%的误差落在2.3188度内。可见建立拟合曲线修正示向度后使测向误差显著减小，大大提高了测向准确度。

研究人员分别在国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站、云南监测站和福建监测站向陕西监测站发射短波信号并进行测试，所得结果如下表：

	与陕西站距离（km）	测试频点个数	修正前均方根误差	修正后均方根误差	均方根误差减小值
						乌鲁木齐监测站	2117	13	1.9096	0.7526	1.157
云南监测站	1211	11	5.7486	3.3526	2.396
						福建监测站	1160	18	1.7381	1.2277	0.5104

综上所述，本发明在实际应用中能够达到减小示向度误差，提高测向准确度的目的。

Claims

1.短波固定监测站测向数据修正方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：测试频点的选取和测试；

步骤二：数据处理；

其具体步骤如下：

A.剔除偶然误差；

B.坏值剔除后对同一频率的多个测量数据求均值；

C.求取同一位置不同频率点的数据权值；

D.求解每个位置上的误差值；

步骤三：非线性回归与数据修正。

2.根据权利要求1所述的短波固定监测站测向数据修正方法，其特征在于：所述步骤一的具体步骤如下：

B.计算发射台站与短波固定监测站测向天线场的距离；

C.选出距离大于350千米的频点；

D.计算上述步骤C选出频点的标准示向度；

3.根据权利要求1或2所述的短波固定监测站测向数据修正方法，其特征在于：所述数据处理的步骤A中选取格拉布斯判据作为偶然误差剔除的准则；所述步骤C采用最小均方误差准则作为求取同一位置不同频率点的数据权值的方法。

4.根据权利要求3所述的短波固定监测站测向数据修正方法，其特征在于：所述步骤三选取多项式作为非线性回归的模型。