一種基於asf(td)測量數據獲取asf(toa)數據的方法
2023-10-06 16:48:19
專利名稱：一種基於asf(td)測量數據獲取asf(toa)數據的方法
技術領域：
本發明屬於電波傳播測量技術領域，涉及一種海上長波傳播時延修正量的測量方法，具體涉及一種採用ASF(TD)測量數據，獲得大範圍、大區域ASF(TOA)數據的方法。
背景技術：
長波信號具有覆蓋範圍大、全天候、成本低、抗幹擾能力強、可靠性高、穩定性好、用戶量無限等突出優點，常用於無線電導航定位系統和授時系統，但其傳播時延與傳播路徑上的地形、地物、大氣環境等因素有關，存在較大的預測誤差，限制了長波導航定位系統及授時系統的精度。為了提高長波的導航定位和授時系統精度，需要在整個長波覆蓋區域對電波傳播時延進行修正，建立電波傳播時延修正資料庫。
以電波在海水中的傳播速度為參考，把電波沿實際路徑的傳播時延與其在相同距離海水中的傳播延時之差稱為附加二次相位因子ASF(AdditionalSecondary Phase Factor)。ASF修正量可分為兩種，一種是基於到達時刻TOA(Time Of Arrival)測量的傳播時延修正量ASF(TOA)，該方法通過測量長波信號的發射時刻和接收時刻得到傳播時延，進而得到ASF(TOA)。另一種是基於主副臺的傳播時差TD(Time Difference)測量的傳播時延修正量ASF(TD)，該方法通過測量主臺和副臺發射信號到達接收機的時間之差，進而得到時差修正量ASF(TD)。
兩種測量方法都需要用到發射臺和接收點的坐標位置。基於到達時刻的傳播時延修正量測量，需要用到統一的時間基準，以獲得在同一時間基準下的發射時刻和接收時刻，測量設備多，測量方法複雜，而基於時差的傳播時延修正量是通過測量主副臺信號的到達時差信息得到的，當兩個發射臺時鐘嚴格同步時，接收機端可以不用考慮時間的統一問題，因此測量設備少、測量方法簡單。
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於ASF(TD)測量數據獲取ASF(TOA)數據的方法，從而減少了ASF(TOA)修正數據測量的複雜度和工作量。
本發明所採用的技術方案是，一種基於ASF(TD)測量數據獲取ASF(TOA)數據的方法，利用臺站間的ASF(TD)測量值及一個ASF(TOA)參考值，來獲得所有臺站的區域ASF(TOA)修正量，該方法按以下步驟進行步驟1，測量得到沿海上至少兩條相隔一定距離的航線長波導航臺鏈間的ASF(TD)修正量；步驟2，選擇一個測量航線上已知某個發射臺ASF(TOA)的點為參考點；步驟3，獲取航線上所有臺站的ASF(TOA)修正量將步驟1、步驟2得到的長波導航臺鏈間的ASF(TD)修正量和參考點的ASF(TOA)代入下列公式，得到其它臺站在該參考點的ASF(TOA)，ASF(TOA)X＝ASF(TD)MX+ASF(TOA)M-EDMX其中，ASF(TOA)X為X臺站在該參考點的ASF(TOA)，ASF(TD)MX為X臺與M臺站間時差修正量，ASF(TOA)M為M臺在參考點的ASF(TOA)，EDMX為X發射臺的發射時刻與M臺發射時刻之差，由測量系統給定；
根據其它臺站在參考點的ASF(TOA)，確定各臺站與參考點相連的射線上，距海岸線遠離海岸效應影響區的所有海域對應臺站的ASF(TOA)修正量；由上述射線與其它測量航線交點處的ASF(TD)，得到這些交點處其它發射臺的ASF(TOA)，把該交點與其它臺站相連，得到這些射線與其它航線間更多的交點，以及由此而來的更多射線，重複上述方法，即可依次確定這些射線上的發射信號的區域ASF(TOA)修正量。
本發明的特點在於利用臺站的少量航線的ASF(TD)測量值，及一個ASF(TOA)參考值，獲得所有臺站的ASF(TOA)修正量，減少了ASF(TOA)修正數據測量的複雜度和工作量，得到的長波傳播修正量可用於30kHz～30MHz頻率範圍的電波傳播時延修正。
圖1為從ASF(TD)測量值獲取ASF(TOA)的原理示意圖；圖2為M、X、Y三臺ASF(TOA)數據覆蓋區域示意圖。
其中，M、X、Y分別為三個長波發射臺站，A1B1為一條測量航線，A2B2為另外一條測量航線，HL為海岸線，O為參考點，1為MO射線與A1B1航線的交點，2為XO射線與A1B1航線的交點，3為X1射線與A2B2航線的交點，4為Y1射線與A2B2航線的交點，5為Y1射線與A1B1航線的交點。圖2中M臺ASF(TOA)修正數據覆蓋區域為M8和M9射線圍成的距海岸線一定距離的海上扇形區，X臺ASF(TOA)修正數據覆蓋區域為X8和X9射線圍成的距海岸線一定距離的海上扇形區，Y臺ASF(TOA)修正數據覆蓋區域為Y8和Y9射線圍成的距海岸線一定距離的海上扇形區。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實例對本發明進行詳細說明。
本發明的測量方法按以下步驟進行步驟1，沿海上兩條(或多條)相隔一定距離的航線進行某長波導航臺鏈的ASF(TD)測量，設該臺鏈主臺記為M，兩個副臺分別記為X和Y，測得的兩個副臺與主臺間信號的時差修正量ASF(TD)分別記為ASF(TD)MX和ASF(TD)MY。
步驟2，參考點ASF(TOA)的確定。取航線上已知某個發射臺ASF(TOA)的點為參考點，若沒有已知ASF(TOA)的點，可選擇一點進行ASF(TOA)的測量或理論預測。
步驟3，航線上所有臺站ASF(TOA)修正量的獲取。
由ASF(TOA)和ASF(TD)間的關係可知，當已知某一點一個臺站的ASF(TOA)時，可通過該點多個ASF(TD)的測量值獲取其它臺站在該點的ASF(TOA)。
由於ASF(TOA)是指電波沿傳播路徑的傳播時延相對於純海水路徑的附加量，因此當實際傳播路徑上的海水路徑增加時，ASF(TOA)修正量基本保持不變，所以，若某個發射臺在海上某點的ASF(TOA)已知，則該臺與該點相連的射線上，距海岸線一定距離外(遠離海岸效應影響區)的所有海域的ASF(TOA)修正量均為該已知量。
基於以上兩點，從第2步確定的參考點處某臺站的ASF(TOA)出發，結合該點的ASF(TD)測量值，可確定參考點處其它臺站的ASF(TOA)，進而其它臺站與該參考點相連的射線上對應臺站的ASF(TOA)也相應確定，結合這些射線與其它測量航線交點處ASF(TD)的測量值，又可得到這些交點處其它發射臺的ASF(TOA)，把該交點與其它臺站相連，可以得到這些射線與其它航線間更多的交點，以及因此而來的更多射線，採用上述方法，則可依次確定這些射線上的發射信號的ASF(TOA)修正量。
下面以兩條測量航線的情況為例，具體描述ASF(TOA)的獲取方法。
實施例通過ASF(TD)測量，建立羅蘭C系統海上ASF(TOA)修正量資料庫。
羅蘭C導航系統是一種100kHz的低頻無線電導航系統，傳統的羅蘭C系統是採用基於時差測量的雙曲線定位方法，一般由三個發射臺組成一個臺鏈，其中一個為主臺(記為M臺)，兩個為副臺(分別記為X臺和Y臺)，接收機通過測量主副臺信號的到達時差TD1和TD2進行二維定位。建立ASF(TD)或ASF(TOA)修正資料庫是提高羅蘭C導航定位精度的重要途徑。
採用本發明方法獲得M、X和Y臺的ASF(TOA)修正量的步驟如下步驟1，沿海上兩條相隔一定距離的航線進行某長波導航臺鏈的ASF(TD)測量，設該臺鏈主臺記為M，兩個副臺分別記為X和Y，測得的兩個副臺與主臺間信號的時差修正量ASF(TD)分別記為ASF(TD)MX和ASF(TD)MY。
步驟2，取航線上已知某個發射臺ASF(TOA)的點為參考點，若沒有已知ASF(TOA)的點，可選擇一點進行ASF(TOA)的測量或理論預測，以測量或理論預測值為該參考點的ASF(TOA)。
步驟3，航線上所有臺站ASF(TOA)修正量的獲取。
如圖1所示，M臺為主臺，X和Y分別為兩個副臺，A1B1和A2B2為兩條航線。設參考點位於A2B2航線上的O點，已知M臺在該點的ASF(TOA)為ASF(TOA)MO，則射線MO上所有海域M臺的ASF(TOA)均為ASF(TOA)MO。設MO射線與A1B1航線的交點為1，X臺與O點和1點相連的射線分別記為XO和X1，Y臺與O點和1點相連的射線分別記為YO和Y1，M臺分別與X、Y臺在O點和1點的ASF(TD)測量值分別記為ASF(TD)MXO、ASF(TD)MX1、ASF(TD)MYO和ASF(TD)MY1。
按如下公式可分別計算出XO和X1射線上X臺的ASF(TOA)修正量及YO和Y1射線上Y臺的ASF(TOA)修正量ASF(TOA)XO＝ASF(TD)MXO+ASF(TOA)MO-EDMX(1)ASF(TOA)X1＝ASF(TD)MX1+ASF(TOA)MO-EDMX(2)ASF(TOA)YO＝ASF(TD)MYO+ASF(TOA)MO-EDMY(3)ASF(TOA)Y1＝ASF(TD)MY1+ASF(TOA)MO-EDMY(4)其中EDMX和EDMY分別為X臺和Y臺的發射時刻與M臺發射時刻之差，由羅蘭C導航系統發布。
XO、YO射線分別和A1B1航線相交於2點、5點，X1、Y1射線分別和A2B2航線相交於3點、4點，由於2點和3點X臺的ASF(TOA)已知(分別為ASF(TOA)MO和ASF(TOA)X1)，4點和5點Y臺的ASF(TOA)已知(分別為ASF(TOA)Y1和ASF(TOA)YO)，四個點X副臺與M主臺間的ASF(TD)的測量值分別為ASF(TD)MX2、ASF(TD)MX3、ASF(TD)MX4、ASF(TD)MX5；Y副臺與M主臺間的ASF(TD)的測量值分別為ASF(TD)MY2、ASF(TD)MY3、ASF(TD)MY4、ASF(TD)MY5；因此可由下面各式可得到M2、M3、M4和M5射線上海水區域M臺的ASF(TOA)修正量ASF(TOA)M2＝ASF(TOA)XO-ASF(TD)MX2+EDMXASF(TOA)M3＝ASF(TOA)X1-ASF(TD)MX3+EDMX
ASF(TOA)M4＝ASF(TOA)Y1-ASF(TD)MY4+EDMYASF(TOA)M5＝ASF(TOA)YO-ASF(TD)MY5+EDMY進而可以得到Y2和Y3射線上Y臺的ASF(TOA)及X4和X5射線上X臺的ASF(TOA)。
ASF(TOA)Y2＝ASF(TD)MY2+ASF(TOA)M2-EDMYASF(TOA)Y3＝ASF(TD)MY3+ASF(TOA)M3-EDMYASF(TOA)X4＝ASF(TD)MX4+ASF(TOA)M4-EDMXASF(TOA)X5＝ASF(TD)MX5+ASF(TOA)M5-EDMXM2、M3、M4、M5、X4、X5、Y3、Y2射線均會與另外一條航線相交，通過這些交點，可以確定這些點對應傳播路徑上M、X和Y臺的海上ASF(TOA)修正量。
依此類推，通過該方法可確定三個發射臺更多傳播路徑上的ASF(TOA)修正量。
由本實施例中圖1各臺站的位置及具體航線，可得圖2所示的ASF(TOA)修正資料庫覆蓋區域為M8和M9射線圍成的海上扇形區，X臺ASF(TOA)修正資料庫覆蓋區域為X8和X9射線圍成的海上扇形區，Y臺ASF(TOA)修正資料庫覆蓋區域為Y8和Y9射線圍成的海上扇形區。
由於每一條電波傳播路徑上的ASF(TOA)值在的海域(遠離海岸效應影響區)為一常數，航線上每一點ASF(TOA)的測量值可推廣到該電波傳播路徑(除海岸效應影響區)的整個海域上。通過步驟3，我們可以建立由發射站到航線上的很多已知ASF(TOA)修正量的射線，採用插值的方法，可以得到三個臺站一定海域的ASF(TOA)修正資料庫。
採用本發明的方法測量的傳播時延修正數據可用於改善基於時差和基於到達時刻的羅蘭C接收機的導航定位精度，同時可用於長波授時系統的傳播時延修正。所得到的長波傳播修正量可用於30kHz～30MHz頻率範圍的電波傳播時延修正。
權利要求
1.一種基於ASF(TD)測量數據獲取ASF(TOA)數據的方法，利用臺站間的ASF(TD)測量值及一個ASF(TOA)參考值，來獲得所有臺站的區域ASF(TOA)修正量，其特徵在於，該方法按以下步驟進行步驟1，測量得到沿海上至少兩條相隔一定距離的航線長波導航臺鏈間的ASF(TD)修正量；步驟2，選擇一個測量航線上已知某個發射臺ASF(TOA)的點為參考點；步驟3，獲取航線上所有臺站的ASF(TOA)修正量將步驟1、步驟2得到的長波導航臺鏈間的ASF(TD)修正量和參考點的ASF(TOA)代入下列公式，得到其它臺站在該參考點的ASF(TOA)，ASF(TOA)X＝ASF(TD)MX+ASF(TOA)M-EDMX其中，ASF(TOA)X為X臺站在該參考點的ASF(TOA)，ASF(TD)MX為X臺與M臺站間時差修正量，ASF(TOA)M為M臺在參考點的ASF(TOA)，EDMX為X發射臺的發射時刻與M臺發射時刻之差，由測量系統給定；根據其它臺站在參考點的ASF(TOA)，確定各臺站與參考點相連的射線上，距海岸線遠離海岸效應影響區的所有海域對應臺站的ASF(TOA)修正量；由上述射線與其它測量航線交點處的ASF(TD)，得到這些交點處其它發射臺的ASF(TOA)，把該交點與其它臺站相連，得到這些射線與其它航線間更多的交點，以及由此而來的更多射線，重複上述方法，即可依次確定這些射線上的發射信號的區域ASF(TOA)修正量。
全文摘要
本發明為一種基於ASF(TD)測量數據獲取ASF(TOA)數據的方法，首先測量得到沿海上相隔一定距離的航線長波導航臺間的ASF(TD)修正量；再選擇航線上已知某個發射臺ASF(TOA)的點為參考點，根據ASF(TOA)和ASF(TD)間的關係，得到其它臺在該參考點的ASF(TOA)，繼而得到各臺站與參考點相連的射線上，遠離海岸效應影響區的所有海域對應臺站的ASF(TOA)修正量，根據上述射線與其它測量航線交點處的ASF(TD)，得到這些交點處其它發射臺的ASF(TOA)，把該交點與其它臺站相連，得到這些射線與其它航線間更多的交點，以及由此而來的更多射線，重複上述方法，即可依次確定這些射線上的區域ASF(TOA)修正量。本發明方法減少了ASF(TOA)修正數據測量的複雜度和工作量。
文檔編號H04Q7/34GK101051871SQ200710017868
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月16日 優先權日2007年5月16日
發明者席曉莉, 周麗麗, 餘寧梅 申請人:西安理工大學