利用双接收站对辐射源进行瞬时定位的方法及中心处理站技术

本发明专利技术公开了一种利用双接收站对辐射源进行瞬时定位的方法及中心处理站，属于电磁频谱监测领域，该方法应用于在由多个接收站和一个中心处理站组成的电磁频谱监测和辐射源定位网中，当只有其中的两个相邻接收站检测到超过预先设置的检测门限的辐射源信号时，中心处理站仅根据这两个接收站上传的定长同步复基带采样信号数据帧，提取信号到达时间差信息TDOA和信号强度信息POA，然后对电磁辐射源的瞬时位置进行粗略估计，称为TDOA‑POA组合定位方法。通过本发明专利技术最大程度降低了对同时检测到辐射源信号的接收站数量的要求，不仅可实现对位置固定辐射源的定位，也可以对移动辐射源进行瞬时定位，可应用于复杂电磁环境下的辐射源快速定位。

Instantaneous location method and central processing station for radiation sources by using dual receiving stations

The invention discloses a method for instantaneous location of radiation source by using double receiving stations and a central processing station, belonging to the field of electromagnetic spectrum monitoring. The method is applied to electromagnetic spectrum monitoring and radiation source location network composed of multiple receiving stations and a central processing station, when only two adjacent receiving stations detect radiation source. When the emitter signal exceeds the pre-set detection threshold, the central processing station extracts the TDOA and POA of the signal arrival time difference information based on the fixed-length synchronous complex baseband sampled signal data frames uploaded by the two receiving stations, and then roughly estimates the instantaneous position of the electromagnetic emitter, which is called TDOA_POA group. Co location method. By the invention, the requirement for the number of receiving stations that simultaneously detect the radiation source signal is reduced to the greatest extent. The method can not only locate the fixed radiation source, but also locate the moving radiation source instantaneously, and can be applied to the rapid location of radiation source in complex electromagnetic environment.

【技术实现步骤摘要】
利用双接收站对辐射源进行瞬时定位的方法及中心处理站
本专利技术属于电磁频谱监测领域，涉及非合作电磁辐射源定位技术，具体地，涉及一种基于两个定频接收站的接收信号到达时间差和信号强度信息的非合作电磁辐射源定位方法及中心处理站。
技术介绍
随着大量VHF/UHF频段小功率、微功率无线电发射台站投入使用，局部热点地区的电磁环境日益恶劣，特别是在诸如2.4GHz、5.8GHz等ISM频段，频谱拥挤现象十分严重，电磁背景噪声异常抬升和宽带非稳定电磁干扰问题日益突出，由此导致在重大集会或敏感场所等局部区域实施有效的无线电频谱监管的难度也越来越大。常规的布放少量具有测向能力的大型无线电监测站的做法已不能适应城区复杂电磁环境下无线电监测定位的应用需求，需要采用密集部署大量小型、低成本的无线电监测站，并通过监测站组网的方式来对欲监测地区进行有效覆盖，从而实现对低功率、微功率电磁辐射源的抵近式监测和定位。目前常用的辐射源定位方法主要有：(1)多个测向监测站同时对电磁波来波方向(DirectionOfArrival，DOA)进行测量，然后通过DOA方向线实现对辐射源的空间交叉定位。由于测向监测站设备复杂、成本高昂，因而这种方法通常用于广域覆盖情况下对大功率辐射源的二维平面定位；(2)通过测量电磁波信号到达多个无线电监测站的到达功率(PowerofArrival，POA)、到达时间(TimeofArrival，TOA)或者到达时间差(TimeDifferenceofArrival，TDOA)来完成辐射源定位；(3)当电磁辐射源运动与无线电监测站之间有相对运动时，还可利用接收信号的多普勒频移(FrequencyDifferenceofArrival，FDOA)实现对辐射源的定位或跟踪。例如，在中国专利CN201110204820“一种VHF频段云闪雷电探测定位系统”中给出了一种利用多个探测接收站组网接收采集云闪雷电辐射源在VHF频段辐射信号的I/Q数据，然后在中心处理站解算得到任意两站点之间的信号到达时间差(TDOA)从而实现时差三维双曲面定位的系统。在中国专利CN201410604022“基于多向寻优的全跟踪式UKF滤波算法的双站定位方法”中建立一发两收椭圆定位模型，其实质是在每个接收站获取直达波和目标散射波的到达时间差从而实现对目标的二维平面定位。在中国专利CN2015109915621“一种基于接收信号功率信息的辐射源定位方法”中，利用四个或以上的接收站获得的接收信号功率信息，并结合电波传播模型，实现对辐射源的二维或三维定位。这些定位方法都要求至少有三个或以上的接收站点参与定位过程。当电磁辐射源的辐射功率很小，或者辐射源距离接收站很远，或者电磁背景噪声很高时，都可能只有两个甚至一个接收站有效检测到辐射信号，这时就无法实现纯时差定位或者纯POA定位。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种利用双接收站对辐射源进行瞬时定位的方法及中心处理站，由此解决在电磁辐射源的辐射功率很小或者辐射源距离接收站很远或者电磁背景噪声很高的情况下，由于可能只有两个甚至一个接收站有效检测到辐射信号，通过现有要求至少有三个或以上的接收站点的定位方法无法实现纯时差定位或者纯POA定位的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种利用双接收站对辐射源进行瞬时定位的方法，应用于由多个接收站和一个中心处理站组成的辐射源探测定位网中，所述方法包括：(1)在各接收站对电磁辐射源发射信号的同步采集过程中，中心处理站接收目标接收站采集到的定长同步复基带信号数据帧，其中，所述目标接收站为接收到的辐射源信号超过预设检测门限的接收站；(2)若所述中心处理站接收到两个目标接收站发送的定长同步复基带信号数据帧，则所述中心处理站将第一目标接收站发送的第一定长同步复基带信号数据帧以及第二目标接收站发送的第二定长同步复基带信号数据帧计算归一化互相关函数，并由所述互相关函数得到电磁辐射信号到达所述第一目标接收站与所述第二目标接收站的到达时间差和所述达到时间差的精细值；(3)由所述达到时间差的正负对所述第一定长同步复基带信号数据帧以及所述第二定长同步复基带信号数据帧进行裁项处理，并由裁项后的第一定长同步复基带信号数据帧的模值以及裁项后的第二定长同步复基带信号数据帧的模值得到电磁辐射信号到达所述第一目标接收站和所述第二目标接收站的功率比值；(4)根据所述到达时间差或者所述达到时间差的精细值、所述功率比值、所述第一目标接收站的位置、所述第二目标接收站的位置以及多个接收站组成的探测定位网的覆盖区域中的电波传播路径损耗综合因子，得到一对呈镜象对称分布的平面位置作为电磁辐射源的估计位置。优选地，步骤(2)包括：(2.1)将所述第一定长同步复基带信号数据帧表示为第一复基带采样信号序列xi(n)＝Ii(n)-jQi(n)，将所述第二定长同步复基带信号数据帧表示为第二复基带采样信号序列xj(n)＝Ij(n)-jQj(n)，其中，{Ii(n),Qi(n)}表示所述第一目标接收站采集到的正交复基带信号在第n个时刻的一对采样值，{Ij(n),Qj(n)}表示所述第二目标接收站采集到的正交复基带信号在第n个时刻的一对采样值，0≤n≤N-1，N表示定长同步复基带信号数据帧的长度；(2.2)根据所述第一复基带采样信号序列以及所述第二复基带采样信号序列，由得到归一化互相关函数，其中，E{·}表示求数学期望，表示对复数xj(n-τ)取共轭值，||xi(n)||、||xj(n)||表示对复基带采样信号序列xi(n)、xj(n)求取n时刻的模值；(2.3)根据所述归一化互相关函数，由得到电磁辐射信号到达所述第一目标接收站与所述第二目标接收站的到达时间差，其中，τi0表示所述第一定长同步复基带信号数据帧的第一对采样值所对应的时刻，τj0表示所述第二定长同步复基带信号数据帧的第一对采样值所对应的时刻，fs表示信号采样率，表示的模值序列取最大值时所对应的自变量τ之值；(2.4)对所述归一化互相关函数的模值进行峰值搜索时，对得到的峰值点位置进行次极大值点线性插值和相邻三点抛物线插值后再计算新的峰值点位置，并将所述新的峰值点位置作为所述达到时间差的精细值。优选地，步骤(2.4)包括：设对互相关函数模值序列进行搜索得到的峰值点位置为dm，其互相关函数模值为dm点的前、后相邻点分别为dm-1和dm+1，dm点的前、后相邻次极大值点分别为dm-k1和dm+k2，其互相关函数模值分别为与k1和k2为前、后相邻次极大值点到峰值点dm的距离；对dm-k1点、dm点以及dm+k2点进行线性插值，并将插值结果分别赋予dm-1点和dm+1点，分别得到dm-1点和dm+1点的互相关函数模值和由得到所述达到时间差的精细值。优选地，步骤(3)包括：(3.1)若τij＜0，则表示电磁辐射信号优先到达所述第一目标接收站，则由与分别得到xi(n)与xj(n)裁项后的复基带采样信号序列；如果τij≥0，则表示电磁辐射信号优先到达所述第二目标接收站，则由与分别得到xi(n)与xj(n)裁项后的复基带采样信号序列，其中，(3.2)由得到电磁辐射信号到达所述第一目标接收站和所述第二目标接收站的功率比值，其中，||xic(n本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用双接收站对辐射源进行瞬时定位的方法，应用于由多个接收站和一个中心处理站组成的辐射源探测定位网中，其特征在于，所述方法包括：(1)在各接收站对电磁辐射源发射信号的同步采集过程中，中心处理站接收目标接收站采集到的定长同步复基带信号数据帧，其中，所述目标接收站为接收到的辐射源信号超过预设检测门限的接收站；(2)若所述中心处理站接收到两个目标接收站发送的定长同步复基带信号数据帧，则所述中心处理站将第一目标接收站发送的第一定长同步复基带信号数据帧以及第二目标接收站发送的第二定长同步复基带信号数据帧计算归一化互相关函数，并由所述互相关函数得到电磁辐射信号到达所述第一目标接收站与所述第二目标接收站的到达时间差和所述达到时间差的精细值；(3)由所述达到时间差的正负对所述第一定长同步复基带信号数据帧以及所述第二定长同步复基带信号数据帧进行裁项处理，并由裁项后的第一定长同步复基带信号数据帧的模值以及裁项后的第二定长同步复基带信号数据帧的模值得到电磁辐射信号到达所述第一目标接收站和所述第二目标接收站的功率比值；(4)根据所述到达时间差或者所述达到时间差的精细值、所述功率比值、所述第一目标接收站的位置、所述第二目标接收站的位置以及多个接收站组成的探测定位网的覆盖区域中的电波传播路径损耗综合因子，得到一对呈镜象对称分布的平面位置作为电磁辐射源的估计位置。...

【技术特征摘要】
1.一种利用双接收站对辐射源进行瞬时定位的方法，应用于由多个接收站和一个中心处理站组成的辐射源探测定位网中，其特征在于，所述方法包括：(1)在各接收站对电磁辐射源发射信号的同步采集过程中，中心处理站接收目标接收站采集到的定长同步复基带信号数据帧，其中，所述目标接收站为接收到的辐射源信号超过预设检测门限的接收站；(2)若所述中心处理站接收到两个目标接收站发送的定长同步复基带信号数据帧，则所述中心处理站将第一目标接收站发送的第一定长同步复基带信号数据帧以及第二目标接收站发送的第二定长同步复基带信号数据帧计算归一化互相关函数，并由所述互相关函数得到电磁辐射信号到达所述第一目标接收站与所述第二目标接收站的到达时间差和所述达到时间差的精细值；(3)由所述达到时间差的正负对所述第一定长同步复基带信号数据帧以及所述第二定长同步复基带信号数据帧进行裁项处理，并由裁项后的第一定长同步复基带信号数据帧的模值以及裁项后的第二定长同步复基带信号数据帧的模值得到电磁辐射信号到达所述第一目标接收站和所述第二目标接收站的功率比值；(4)根据所述到达时间差或者所述达到时间差的精细值、所述功率比值、所述第一目标接收站的位置、所述第二目标接收站的位置以及多个接收站组成的探测定位网的覆盖区域中的电波传播路径损耗综合因子，得到一对呈镜象对称分布的平面位置作为电磁辐射源的估计位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：(2.1)将所述第一定长同步复基带信号数据帧表示为第一复基带采样信号序列xi(n)＝Ii(n)-jQi(n)，将所述第二定长同步复基带信号数据帧表示为第二复基带采样信号序列xj(n)＝Ij(n)-jQj(n)，其中，{Ii(n),Qi(n)}表示所述第一目标接收站采集到的正交复基带信号在第n个时刻的一对采样值，{Ij(n),Qj(n)}表示所述第二目标接收站采集到的正交复基带信号在第n个时刻的一对采样值，0≤n≤N-1，N表示定长同步复基带信号数据帧的长度；(2.2)根据所述第一复基带采样信号序列以及所述第二复基带采样信号序列，由得到归一化互相关函数，其中，E{·}表示求数学期望，表示对复数xj(n-τ)取共轭值，||xi(n)||、||xj(n)||表示对复基带采样信号序列xi(n)、xj(n)求取n时刻的模值；(2.3)根据所述归一化互相关函数，由得到电磁辐射信号到达所述第一目标接收站与所述第二目标接收站的到达时间差，其中，τi0表示所述第一定长同步复基带信号数据帧的第一对采样值所对应的时刻，τj0表示所述第二定长同步复基带信号数据帧的第一对采样值所对应的时刻，fs表示信号采样率，表示的模值序列取最大值时所对应的自变量τ之值；(2.4)对所述归一化互相关函数的模值进行峰值搜索时，对得到的峰值点位置进行次极大值点线性插值和相邻三点抛物线插值后再计算新的峰值点位置，并将所述新的峰值点位置作为所述达到时间差的精细值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2.4)包括：设对互相关函数模值序列进行搜索得到的峰值点位置为dm，其互相关函数模值为dm点的前、后相邻点分别为dm-1和dm+1，dm点的前、后相邻次极大值点分别为dm-k1和dm+k2，其互相关函数模值分别为与k1和k2为前、后相邻次极大值点到峰值点dm的距离；对dm-k1点、dm点以及dm+k2点进行线性插值，并将插值结果分别赋予dm-1点和dm+1点，分别得到dm-1点和dm+1点的互相关函数模值和由得到所述达到时间差的精细值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：(3.1)若τij＜0，则表示电磁辐射信号优先到达所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马婧闻，
申请(专利权)人：马婧闻，
类型：发明
国别省市：湖北,42