一种分布式定位系统远端接收站性能监测方法与装置与流程

本发明涉及通信技术领域，具体而言，为一种分布式定位系统远端接收站性能监测方法与装置。

背景技术：

分布式定位系统，利用分布于不同位置的远端接收站，接收目标发射的信号，通过测量目标信号到达各接收站的时间，根据不同的定位原理，实现对目标的定位。多点定位系统即为典型的分布式定位系统，系统通过测量目标信号到达各远端站间的时间差，采用时差定位原理实现对目标的定位。因此，分布式定位系统远端接收站对目标信号检测及到达时间测量的性能，直接决定了系统定位性能。

实际运用中的分布式定位系统，对于一般中小型机场目标定位，远端接收站数量可达二、三十个；对于大型机场或地理环境较为复杂机场目标定位，远端接收站数量多达四、五十个，甚至更多。分布式定位系统的远端接收站分布于一定区域的不同位置，以实现对监视区域的完全覆盖和目标的有效定位。位置分散且数量众多的分布式定位系统远端接收站，极可能受到一些未知因素的影响，导致系统定位性能下降却难以发现或排查。

例如某远端接收站附近存在大功率移动通信基站，或者存在高压输电线，强电磁干扰导致该接收站对目标信号的检测率降低；再比如某远端接收站室外机环境控制系统不正常，异常的工作温度导致晶振频率漂移，或者由于晶振老化导致时钟准确度下降，使得该接收站不能准确测量目标信号到达时间。出现这类情况以及其它未知情况，分布式定位系统依然能够工作，但远端接收站性能下降，将导致目标定位结果出现较大误差甚至错误。由于目标真实位置未知，无法直接根据目标定位结果判断运行中的分布式定位系统远端接收站性能是否正常，因此，如何对分布式定位系统远端接收站性能进行监测，以保证实际运行中的分布式定位系统不发生性能降级是分布式定位技术需要解决的重要问题。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种分布式定位系统远端接收站性能监测方法与装置，以对运行中的分布式定位系统远端接收站性能进行监测，及时发现定位系统可能发生的性能降级，保证定位系统的定位性能需求。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种分布式定位系统远端接收站性能监测方法，包括以下步骤：

s1.根据分布式定位系统远端接收站的具体布局，确定位于远端接收站所构成几何区域内部的共同可视位置以设置参考站；

s2.选择并设定远端接收站组合；根据已知的分布式定位系统时间测量误差以及参考站与各远端接收站组合所确定的gdop，计算出对应的参考站定位误差；

s3.分布式定位系统远端接收站接收参考站周期性地发射的参考信号，测量信号到达时间，并将信号到达时间及参考站识别信息发送给分布式定位系统中央处理站；

s4.中央处理站接收到远端接收站发送的信号，判断为参考信号而非目标信号后，按设定的远端接收站组合，根据远端接收站测量到的信号到达时间，解算出参考站位置；

s5.中央处理站对每个设定的远端接收站组合，进行参考站定位误差假设检验；根据检验结果判断远端接收站工作性能。

进一步的，上述的分布式定位系统远端接收站性能监测方法中，步骤s1.中，若远端接收站不存在共同可视位置，则将远端接收站划分为子集，对每一个远端接收站子集，寻找位于该子集远端接收站所构成几何区域内部的共同可视位置，设置参考站。

进一步的，上述的分布式定位系统远端接收站性能监测方法中，步骤s2.中，包括：

s21.在选择并设定远端接收站组合时，根据分布式定位系统对目标进行定位所需最少接收站个数或者系统设置的对目标进行定位的最少接收站个数，选择并设定与参考站共同可视的远端接收站的不同组合；

s22.对每一远端接收站组合，根据已知的远端接收站时间测量误差以及参考站与远端接收站间位置关系所确定的gdop，计算出相应的参考站定位误差。

进一步的，上述的分布式定位系统远端接收站性能监测方法中，步骤s22.中，包括：

根据已知的分布式定位系统中远端接收站对目标信号到达时间的均方测量误差(σ^*)²，以及相应的均方距离测量误差(cσ^*)²；gdop是衡量目标与分布式定位系统远端接收站几何位置关系下，目标信号到达时间测量误差σ^*对目标定位误差σp所产生影响的因子，三者具有关系：

σp＝gdop×(cσ^*)，其中c为信号传播速度；

计算对应远端接收站组合对参考站的定位误差方差

进一步的，上述的分布式定位系统远端接收站性能监测方法中，步骤s3.中，包括：

s31.参考站按预设的时间间隔，周期性地向分布式定位系统远端接收站发射预设数量的参考信号，参考信号包含参考站识别信息；

s32.分布式定位系统远端接收站接收参考站发射的参考信号，测量信号到达时间，并将信号到达时间及参考站识别信息发送给分布式定位系统中央处理站。

进一步的，上述的分布式定位系统远端接收站性能监测方法中，步骤s4.中，包括：

分布式定位系统中央处理站接收远端接收站发送的信号，判断为参考信号后，根据远端接收站测量到的信号到达时间，对每一远端接收站组合，根据接收到的n(n为正整数)个参考信号解算参考站位置，并计算远端接收站组合对参考站定位误差的样本方差s²。

进一步的，上述的分布式定位系统远端接收站性能监测方法中，步骤s5.中，包括：

s51.对每个设定的远端接收站组合，进行相应的参考站定位误差假设检验：

设某接收站组合对参考站的定位结果服从分布，为已知的该接收站组合对参考站定位的误差方差；

设显著性水平为α，对每一远端接收站组合的参考站定位误差方差σ²进行假设检验：

若h0为真，判断该组合中远端接收站性能正常；否则，判断该组合中远端接收站性能不正常。构建检验统计量：

其中n为样本数，即远端接收站组合对参考站进行定位的次数，s²为样本方差，即远端接收站组合对参考站进行n次定位的误差方差。上述检验问题的拒绝域为：

s52.根据检验结果判断远端接收站工作性能。

第二方面，本发明还提供了一种实施上述方法的分布式定位系统远端接收站性能监测装置，包括参考信号发射装置、接收装置以及监测装置；三者之间依次通信连接。

进一步的，上述的分布式定位系统远端接收站性能监测装置中，所述参考信号发射装置包括参考信号编码器、发送控制器、调制器、第一发射器；

所述参考信号编码器：用于将参考站识别码按预设格式进行编码；

所述发送控制器：用于控制参考信号的发送间隔、发送周期以及发送数量；

所述调制器：用于将参考信号编码器产生的参考编码信号进行调制，生成已调参考信号；

所述第一发射器：用于将调制器产生的承载参考站识别信息的已调参考信号发射给接收装置；

所述接收装置包括第一接收器、第一解调器、信号到达时间测量模块、监测信号编码器、第二发射器：

第一接收器：用于接收参考信号发射装置发射的承载参考站识别信息的已调参考信号；

第一解调器：用于将第一接收器接收到的已调参考信号进行解调；

信号到达时间测量模块：用于测量该参考信号到达接收装置的时间。

监测信号编码器：用于将参考站识别码以及测量到的所述参考信号到达接收装置的时间按一定格式进行编码，形成监测编码信号。具体编码格式根据实际分布式定位系统的需求进行选择。

第二发射器：用于将承载参考站识别信息以及所述参考信号到达接收装置时间信息的监测编码信号发送给监测装置。

进一步的，上述的分布式定位系统远端接收站性能监测装置中，所述监测装置包括第二接收器、监测信号解码器、远端接收站组合及参数设置模块、位置解算模块、性能检测模块以及告警显示模块：

第二接收器：用于接收接收装置发送的承载参考站识别信息以及所述参考信号到达接收装置时间信息的监测编码信号；

监测信号解码器：用于将监测编码信号解码，得到参考站识别码及参考信号到达接收装置的时间；

远端接收站组合及参数设置模块：用于根据分布式定位系统远端接收站具体布局及参考站设置，按规则选择并设置不同远端站组合及相关参数；

位置解算模块：根据参考站发送的参考信号到达不同远端接收站的时间以及具体的远端接收站组合，解算出发射参考信号的参考站位置坐标；

性能检测模块：用于对解算出的参考站位置误差进行检验，判断相应远端接收站组合的性能；

告警显示模块：对未通过性能检测的远端接收站组合，给出告警信息及具体远端接收站编号与位置。

本发明的有益效果体现在：

本发明方法通过位置精确已知的参考站按一定时间间隔周期性地发送一定数量的参考信号，分布式定位系统远端接收站接收参考站发送的参考信号，测量信号到达时间并送至中央处理站后，重复上述参考站定位及定位误差假设检验过程，对运行中的分布式定位系统远端接收站性能进行监测，以及时发现定位系统可能发生的性能降级，保证定位系统的定位性能需求。由于分布式定位系统远端接收站位置分散且数量众多，实际工作中极可能受到一些未知环境因素的影响，导致分布式定位系统远端接收站虽然处于工作状态，但性能下降却难以发现或排查，因此本发明方法应用于分布式定位系统远端接收站性能监测装置有利于实现对分布式定位系统远端接收站的性能监测。本发明还提供了实施本发明方法的分布式定位系统远端接收站性能监测装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明给出的一个具体实施例中的分布式定位系统远端接收站分布及远端接收站组合选择示意图；

图2为本发明分布式定位系统远端接收站性能监测方法的一个具体实施流程图；

图3为本发明分布式定位系统远端接收站性能监测装置中参考信号发射装置的一个具体实施例的逻辑框图；

图4为本发明分布式定位系统远端接收站性能监测装置中接收装置的一个具体实施例的逻辑框图；

图5为本发明分布式定位系统远端接收站性能监测装置中监测装置的一个具体实施例的逻辑框图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

一种分布式定位系统远端接收站性能监测方法，根据分布式定位系统远端接收站的具体布局，增设位置精确已知的参考站，选择并设定不同的远端接收站组合；根据已知的分布式定位系统时间测量误差以及参考站与远端接收站不同组合所确定的精度几何弱化因子(geometricdilutionofprecision,gdop)，计算出相应的参考站定位误差；分布式定位系统通过接收参考站发射的参考信号对参考站进行定位，并对定位误差进行假设检验，判断远端接收站性能是否正常。本发明分布式定位系统远端接收站性能监测方法，包括以下步骤：

s1.根据分布式定位系统远端接收站的具体布局，确定位于远端接收站所构成几何区域内部的共同可视位置以设置参考站；

s2.选择并设定远端接收站组合；根据已知的分布式定位系统时间测量误差以及参考站与各远端接收站组合所确定的gdop，计算出对应的参考站定位误差；

s3.分布式定位系统远端接收站接收参考站周期性地发射的参考信号，测量信号到达时间，并将信号到达时间及参考站识别信息发送给分布式定位系统中央处理站；

s4.中央处理站接收到远端接收站发送的信号，判断为参考信号而非目标信号后，按设定的远端接收站组合，根据远端接收站测量到的信号到达时间，解算出参考站位置；

s5.中央处理站对每个设定的远端接收站组合，进行参考站定位误差假设检验；根据检验结果判断远端接收站工作性能。

本发明方法用于对运行中的分布式定位系统远端接收站性能进行监测，及时发现定位系统可能发生的性能降级，保证定位系统的定位性能需求。

具体的：

步骤s1.中，根据分布式定位系统远端接收站的具体布局，确定位于远端接收站所构成几何区域内部的共同可视位置以设置参考站，包括：

该步骤中，以一个具体实施例为例：设该多点定位系统具有6个远端接收站(简称接收站，下同)，如图1所示，各远端接收站分布于不同位置，在6个远端接收站所构成的几何区域内部的共同可视位置设置一个位置精确已知的参考站，分布式定位系统远端接收站性能监测方法如图2所示。

其中，若远端接收站不存在共同可视位置，则将远端接收站划分为子集，对每一个远端接收站子集，寻找位于该子集远端接收站所构成几何区域内部的共同可视位置，设置参考站。

远端接收站所构成几何区域内部的共同可视位置或远端接收站划分为子集后位于远端接收站所构成几何区域内部的共同可视位置设置的参考站，精确测量对应参考站位置，设定参考站识别码。设置参考站识别码的目的，一是将参考站发射的参考信号与需由分布式定位系统进行定位的诸如飞机、车辆等目标所发射的目标信号进行区分；二是如有多个参考站，可对多个参考站进行区分。

步骤s2.选择并设定远端接收站组合；根据已知的分布式定位系统时间测量误差以及参考站与各远端接收站组合所确定的gdop，计算出对应的参考站定位误差，包括：

s21.在选择并设定远端接收站组合时，根据分布式定位系统对目标进行定位所需最少接收站个数或者系统设置的对目标进行定位的最少接收站个数，选择并设定与参考站共同可视的远端接收站的不同组合。选择并设定的远端接收站组合一要满足每个组合中的接收站个数为定位所需最少数，二要满足定位系统中每一远端接收站至少属于某一接收站组合。

仍以上述6个远端接收站为例。分布式定位系统中央处理站，根据远端接收站具体布局及参考站设置，选择并设定远端接收站组合。例如：设定位系统设置的对诸如飞机、车辆等目标进行定位的最少接收站个数为4，以最少的接收站组合数选择远端接收站组合(1,2,4,5)与(1,3,4,6)。选择出的这两个接收站组合满足每个组合中的接收站个数为定位所需最少数4，且6个远端接收站中的任意一个接收站至少属于某一接收站组合。

s22.对每一远端接收站组合，根据已知的远端接收站时间测量误差以及参考站与远端接收站间位置关系所确定的gdop，计算出相应的参考站定位误差。

对于确定的分布式定位系统，远端接收站对信号到达时间的均方测量误差(σ^*)²已知，相应的均方距离测量误差(cσ^*)²也已知，这里c为信号传播速度。gdop是衡量目标与分布式定位系统远端接收站几何位置关系下，目标信号到达时间测量误差σ^*对目标定位误差σp所产生影响的因子，三者具有关系：

σp＝gdop×(cσ^*)。

因此，上述例子中，对两远端接收站组合中的每一组合，根据已知的分布式定位系统远端接收站时间均方测量误差(σ^*)²(即已知的均方距离测量误差(cσ^*)²)，以及参考站与远端接收站位置关系所确定的gdop，即可计算出相应远端接收站组合的参考站定位误差方差

例如，设已知所设计的分布式定位系统远端接收站对信号到达时间的测量精度为10纳秒，即10×10^-9秒，于是远端接收站对信号到达时间的均方测量误差(σ^*)²＝100纳秒，信号传播速度c＝3×10⁸米/秒，则均方距离测量误差(cσ^*)²＝9米；由于参考站与远端接收站的坐标已知，可以计算出参考站与远端接收站位置关系所确定的gdop，例如对于远端接收站组合(1，2，4，5)，设计算出参考站相对于4个远端接收站位置关系所确定的gdop＝1.2；根据已知的远端接收站时间均方测量误差(σ^*)²，计算出的参考站相对于4个远端站位置关系所确定的gdop，由σp＝gdop×(cσ^*)计算出相应的参考站定位误差方差

s3.分布式定位系统远端接收站接收参考站周期性地发射的参考信号，测量信号到达时间，并将信号到达时间及参考站识别信息发送给分布式定位系统中央处理站；包括：

s31.参考站按一定的时间间隔，周期性地向分布式定位系统远端接收站发射一定数量的参考信号，参考信号包含参考站识别信息。

本实施例中，参考站按照设定的参考信号发射时间间隔及发射周期及数量，每隔n个小时，以周期t向分布式定位系统远端接收站发射n个包含参考站识别信息的参考信号。例如，参考站每隔n＝12小时，以周期t＝1秒向分布式定位系统远端接收站发射n＝31个包含参考站识别信息的参考信号。

s32.分布式定位系统远端接收站接收参考站发射的参考信号，测量信号到达时间，并将信号到达时间及参考站识别信息发送给分布式定位系统中央处理站。

s4.中央处理站接收到远端接收站发送的信号，判断为参考站发射的参考信号而非飞机、车辆等目标发射的目标信号后，按设定的远端接收站组合，根据远端接收站测量到的信号到达时间，解算出参考站位置，根据解算出的参考站位置及已知的参考站实际位置，计算出对参考站的定位误差；包括：

分布式定位系统中央处理站接收远端接收站发送的信号，判断为参考信号后，根据远端接收站测量到的信号到达时间，对每一远端接收站组合，根据接收到的n个参考信号解算参考站位置，并计算远端接收站组合对参考站定位误差的样本方差s²。

例如对于远端接收站组合(1，2，4，5)，根据每个远端接收站测量到的参考信号到达时间、已知的远端接收站位置坐标，通过解算定位方程得到参考站的位置；根据接收到的n＝31个参考信号对参考站进行定位，分别解算得出31个参考站定位位置，计算31个参考站定位位置与参考站已知真实位置间的误差，得到参考站定位误差样本方差s²＝20.25米。

s5.中央处理站对每个设定的远端接收站组合，进行参考站定位误差假设检验；根据检验结果判断远端接收站工作性能，包括：

s51.对每个设定的远端接收站组合，进行相应的参考站定位误差假设检验。

设某接收站组合对参考站的定位结果服从分布，其中已知的为根据分布式定位系统远端接收站时间均方测量误差；以及参考站与远端接收站位置关系确定的gdop计算出的该接收站组合对参考站定位的误差方差。该远端接收站组合通过参考站发射的多个参考信号对参考站进行多次定位，对定位误差方差进行假设检验，以判断该组合中远端接收站工作性能是否正常。

设显著性水平为α，对每一远端接收站组合的参考站定位误差方差σ²，检验假设：

若假设h0为真，判断该组合中远端接收站性能正常；否则，判断该组合中远端接收站性能不正常。根据数理统计理论，构建检验统计量：

其中n为样本数，即远端接收站组合对参考站进行定位的次数(参考站每对外发射一次参考信号，远端接收站组合对参考站进行一次定位)，s²为样本方差，即远端接收站组合对参考站进行n(n为正整数)次定位的误差方差。上述检验问题的拒绝域(即拒绝假设h0时检验统计量的取值区域)为：

例如设显著性水平α＝0.05，对远端接收站组合(1，2，4，5)的参考站定位误差方差σ²进行假设检验：由n＝31，α＝0.05得

由s²＝20.25，计算出检验统计量的值：

由于故拒绝假设h0，即认为远端接收站组合(1，2，4，5)性能不正常。

s52.根据检验结果判断远端接收站工作性能。

若根据检验结果判断该组合中远端接收站性能不正常，对该组合中的远端站进行排查或结合其它未通过假设检验的接收站组合中的远端接收站进行排查，即可找出性能不正常的分布式定位系统远端接收站，实现对分布式定位系统远端接收站的性能监测。

如本实施例中，若两远端站组合对参考站的定位误差方差均通过检验，则认为系统6个远端站性能正常；若某一远端站组合对参考站的定位误差方差未通过检验，则认为该组4个远端站中有远端站性能不正常，需要排查；若两远端站组合对参考站的定位误差方差均未通过检验，则认为两组4个远端站中有远端站性能不正常，且同时出现在两组中的远端站1、4性能不正常的可能性极大，应该首先排查这两个远端站。

本发明方法对运行中的分布式定位系统远端接收站性能进行监测，能够及时发现定位系统可能发生的性能降级，保证定位系统的定位性能需求。

实施例2

第二方面，本发明还提供了一种用于实施本发明上述方法的分布式定位系统远端接收站性能监测装置，包括参考信号发射装置、接收装置以及监测装置；

如图3-5所示，并结合图2的流程图，其中：

参考信号发射装置构成完整的参考站，包括参考信号编码器、发送控制器、调制器、第一发射器几个部分：

所述参考信号编码器：用于将参考站识别码按一定格式进行编码；具体编码格式根据实际分布式定位系统的需求进行选择；

所述发送控制器：与参考信号编码器相连，用于控制参考信号的发送间隔、发送周期以及发送数量；

所述调制器：与发送控制器相连，用于将参考信号编码器产生的参考编码信号进行调制，生成已调参考信号；具体调制频率及调制方式根据实际分布式定位系统的需求进行选择。

所述第一发射器：与调制器相连，用于将调制器产生的承载参考站识别信息的已调参考信号发射给接收装置。

其中参考信号发射装置参与到分布式定位系统远端接收站性能监测工作的具体过程，可对应参考本发明实施例1中所述方法的步骤s31.。

所述接收装置构成分布式定位系统远端接收站的相关工作部分，包括第一接收器、第一解调器、信号到达时间测量模块、监测信号编码器、第二发射器：

第一接收器：用于接收参考信号发射装置发射的承载参考站识别信息的已调参考信号。

第一解调器：用于将第一接收器接收到的已调参考信号进行解调。

信号到达时间测量模块：用于测量该参考信号到达接收装置的时间。

监测信号编码器：用于将参考站识别码以及测量到的所述参考信号到达接收装置的时间按一定格式进行编码，形成监测编码信号。具体编码格式根据实际分布式定位系统的需求进行选择。

第二发射器：用于将承载参考站识别信息以及所述参考信号到达接收装置时间信息的监测编码信号发送给监测装置。

监测装置构成分布式定位系统中央处理站的相关工作部分，包括第二接收器、监测信号解码器、远端接收站组合及参数设置模块、位置解算模块、性能检测模块以及告警显示模块：

第二接收器：用于接收接收装置发送的承载参考站识别信息以及所述参考信号到达接收装置时间信息的监测编码信号。

监测信号解码器：用于将监测编码信号解码，得到参考站识别码及参考信号到达接收装置的时间。

远端接收站组合及参数设置模块：用于根据分布式定位系统远端接收站具体布局及参考站设置，按规则选择并设置不同远端站组合及相关参数。

位置解算模块：根据参考站发送的参考信号到达不同远端站的时间以及具体的远端站组合，解算出发射参考信号的参考站位置坐标。

性能检测模块：用于对解算出的参考站位置误差进行检验，判断相应远端站组合的性能。

告警显示模块：对未通过性能检测的远端站组合，给出告警信息及具体远端站编号与位置。

本发明装置可用于实施本发明上述方法，因此，参考信号发射装置、接收装置以及监测装置在进行分布式定位系统远端接收站性能监测过程中，按照本发明实施例1中的方法步骤进行，因此本装置的具体收发信号以及执行信号处理、计算等过程可参考本发明上述实施例1的描述，继而能够实现对分布式定位系统远端接收站性能的在线监测，保证实际运行中的分布式定位系统不会处于性能降级工作状态,使定位系统满足高性能定位要求。

需说明，本发明中信号到达时间测量模块、远端接收站组合及参数设置模块、位置解算模块、性能检测模块以及告警显示模块等可通过单片机和软件程序的方式实现，但不限于此。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。