[发明专利]一种基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法

说明书

本发明公开了一种基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法，包括：S1、构建大气基础环境；S2、搭建AIS信号传播环境数据库；S3、配套监测装置研制；S4、实测AIS信号传播环境数据预处理；S5、建立合理的目标函数和快速搜索算法，获得较为准确的反演监测结果。本发明利用受到表面波导“调制”的AIS发出的VHF信号反演表面波导特征量，克服了基于雷达海杂波反演表面波导等传统方法容易受到蒸发和表面两种波导影响的问题，获得更为“纯净”的表面波导数据；同时由于AIS安装数量庞大、信号时空分辨率高，能够为表面波导反演监测提供更为丰富的数据源，满足表面波导无源监测的需求，克服基于雷达海杂波反演表面波导等传统方法需要向外辐射电磁波的不足。

技术领域

本发明涉及信息与通信技术领域，具体涉及一种基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法。

背景技术

大气波导由于具有能够显著影响无线电系统覆盖范围等使用效能的特性，使得其具有重要的军事和民用应用价值，一直是世界军事强国关注的热点问题。在军事应用上，海上大气波导环境对海上作战至关重要，可以影响雷达、通信等电子装备的效能，进而直接影响海上超视距打击的能力，是指挥人员制订作战预案必须考虑和掌握的海上环境因素；在民用应用上，大气波导可以影响移动通信系统传输能力、通话质量等指标，也可使民用船舶自动识别系统(AIS)等关乎民用交通安全的设备发生性能增效或降能现象。

大气波导中的表面波导也是出现概率较高的一类波导，在世界范围内的发生概率为14％左右，在波斯湾等峡湾海区，表面波导的发生概率可上升至58％左右。表面波导除了对雷达等电磁辐射源具有显著地“捕获”能力外，对如AIS系统发出的VHF(甚高频)信号也具有很强的影响，而VHF信号受蒸发波导的作用却较小。

发明内容

本发明提供一种基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法，有效地解决了的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法，包括：

S1、构建大气基础环境，按照电磁波传播模型计算的精度要求生成满足一定空间分辨率指标的大气修正折射率三维廓线数据集；

S2、搭建与大气修正折射率三维廓线数据集相关联的AIS信号传播环境数据库，利用与VHF信号相适配的电磁波传播模型、大气修正折射率三维廓线数据集、AIS信号辐射源参数等信息生成AIS信号传播环境数据库；

S3、配套监测装置研制，由于现有AIS设备不具备分析AIS信号传播环境数据的能力，因此需要研制满足无源反演监测的配套装置；

S4、实测AIS信号传播环境数据预处理，利用配套监测装置采集的AIS信号传播环境数据量庞大，考虑配套监测装置硬件条件和监测输出产品时间要求，可对采集的AIS信号传播环境数据进行筛选，从而提高本发明的时效性；

S5、建立合理的目标函数和快速搜索算法，获得较为准确的反演监测结果，目标函数的值是衡量实际观测到的AIS信号传播环境数据和建模仿真获得的AIS信号传播环境数据之间匹配程度的标准，而快速搜索算法负责对建立的目标函数进行优化，以最短的时间在AIS信号传播环境数据库中找到使目标函数最小的数据，并将该数据所关联的包括大气修正折射率三维廓线数据在内的波导参数作为最终输出结果。

作为上述方案的优选，在步骤S1中，采用基于大气资料同化的廓线建模方法来构建大气基础环境，具体包括：

S11、大气资料同化

将驱动数据代入到中尺度模式中，并判断时间窗口内是否有岸基、船载平台观测数据，如果有观测数据则通过数据同化算法进行同化，生成最终的数据同化产品用于廓线建模；如果没有观测数据，则中尺度模式输出的结果作为廓线建模的输入；

S12、廓线建模