一种基于ATDOA算法的频谱检测系统定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ATDOA算法的频谱检测系统定位方法，在一个三维空间部署至少六个基站对辐射源进行定位监测，获取辐射源坐标，基站位置固定且已知，基站间允许时钟不同步；辐射源以固定的频率发送声音脉冲，并且可被监测站测出，较快的速度在可监测范围内运动，针对应用TDOA算法定位的监测系统，本发明专利技术解决了时钟同步问题。将ATDOA算法应用于频谱监测，包括对辐射源发出信号频率的识别，获取多个测站接收两次辐射源所发信号的时间差，该过程中测站、中心站的任务分配，对获得的数据信息进行遗传算法的求解。从而避免了TDOA方法所要求的严格时钟同步，有效的提高了系统的定位精度，降低定位功耗。降低定位功耗。降低定位功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ATDOA算法的频谱检测系统定位方法


[0001]本专利技术涉及频谱监测系统的定位领域，特别是将ATDOA算法用于频谱监测系统定位。

技术介绍

[0002]近年来，无线电台站增长迅猛，其中既包括合法设台，也包括非法设台。包括黑电台、伪基站、私装车载电台、卫星干扰器在内的一些非法设台的泛滥，一方面严重扰乱了空中电磁环境，干扰了无线电通信、广播电视业务的开展，甚至直接威胁飞机飞行、列车运行安全；另一方面给国家安全和社会稳定带来了严重的危胁，一些黑电台随意播发广播电视节目，一些伪基站随意推送虚假广告和诈骗信息，若这些传播手段被反动分子利用，社会后果不堪设想。
[0003]为了更高效管理无线电资源，避免非法设台对现有电磁环境干扰，根据频谱监测数据及时对辐射源进行定位一直是一个重要的研究方向。辐射源定位技术是指通过定位系统实现对目标辐射源的监测，然后利用检测到的特定参数结合相关的定位算法获得目标辐射源的物理位置坐标信息。无限电管理部门可以根据用频单位的真实位置快速、高效的制定用频规划；执法部门也可以根据对频谱资源的监测数据，分辨出非法辐射源并对其进行定位，从而实现对非法辐射源的快速精确打击。
[0004]频谱检测系统中的定位技术属于无源多站定位，因为其不会像雷达一样主动发送电磁波对周围环境进行探测，而是通过接受电磁波信号并对参数进行测量、分析，而后多站合作实现对信号源的定位。现今，多站无源定位方法主要有：到达时间差(TDOA)定位、测向交叉(AOA)定位、接收信号强度指示(RSSI)定位以及频率达到差(FDOA)等。此外，实际使用中还常用到上述定位方法的联合定位方法，如TDOA/AOA定位、TDOA/FDOA定位、TDOA/RSSI定位等。
[0005]TDOA定位法是一种基于测距且精度较高的定位算法，特点是：要求各检测节点能在同一时刻实现对信号的接受与联合分析，因此要求各监测节点具有严格的同步时钟，这在一定程度上提高了定位系统的实现复杂度。该算法的基本原理是通过计算同一个目标信号源到达不同检测节点的传输时间差，继而获得目标信号源与不同检测节点之间的距离差，通过数学几何关系求得目标信号源的物理位置坐标。
[0006]AOA定位由于需要在监测节点上安装天线阵列以实现对目标信号源的测向，而这将导致极大的能量消耗，因此AOA定位具有极大的局限性。
[0007]基于RSSI方法主要应用于室内小尺度定位场景中。因此这种定位方法同样也不适用于需要大范围进行频谱监测的场景。
[0008]表1中列举出了现今常用的定位方法并对其进行优略势分析。
[0009]表1几种定位算法的优缺点比较
[0010][0011]现有频谱监测系统中，大多采用到达时间差(TDOA)定位，或其联合定位算法，例如时差频差(TDOA/FDOA)联合无源定位算法。但是利用TDOA定位往往存在一个问题，即它要求严格的时钟同步。而基站的同步系统在其结构上相当昂贵和复杂，并且不好的同步会导致对象定位的巨大误差。

技术实现思路

[0012]针对现有的频谱监测定位方法难以满意实际无线电频谱监测的需求，并且定位系统的复杂度较高，能量消耗较大的问题，本文考虑到实际工程应用，降低系统复杂度和能量消耗，提出了一种基于异步到达时差(ATDOA)算法的频谱监测系统定位方法。
[0013]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0014]将异步到达时差(ATDOA)算法用于频谱监测定位，包括：
[0015]在一个三维空间至少部署六个基站对辐射源进行定位监测，获取辐射源坐标。基站位置固定且已知，基站间允许时钟不同步；辐射源以固定的频率发送声音脉冲，并且可被监测站测出；辐射源以较快的速度在可监测范围内运动。
[0016]启动ATDOA任务后，测站采集进程采集待定位对象的数据信息，将采集到数据块连同测站自己接收信号的时间信息报告给中心站，中心站检测到六个以上测站的报告后，命令测站上传信息，该进程结束，中心站将数据块储存在内存中。
[0017]上一进程进行完成后，间隔一定时间，通信进程再次向测站发出采集任务。测站接收采集任务后，再一次执行数据采集工作。
[0018]中心站内存中储存有两次测站测得的定位对象信息和收拾信号的时间信息时，将该信息上传至数据处理模块，进行信息处理。
[0019]中心站的ATDOA数据处理模块获得上述数据后，利用ATDOA算法对数据进行分析处理，获得定位对象的位置信息。
[0020]采用基于测距定位方法难免产生一定的误差，但ATDOA算法相比于传统TDOA算法更容易进行误差修正。
[0021]在采集定位对象位置信息时，可以利用额外测站，获得更多组数据块，中心站的数据处理模块可以利用额外的数据块列出更多的方程组，解出不同的真值。
[0022]通过给定的误差范围，去除产生误差较大的位置信息的测站数据，重新计算，直到满足误差阈值。
[0023]获得定位对象位置坐标，将其显示在系统地图上。
[0024]本专利技术与基于TDOA及其联合定位算法的频谱监测系统定位方法相比，具有以下优势：
[0025](1)该专利技术保证了定位精度的同时，大大简化了定位过程，又克服了一个间距比较大的精确同步系统成本高昂的问题，为频谱监测系统定位提供了一个新的可应用的定位方法。
[0026](2)基于ATDOA算法的频谱定位，其最大的优点就是不需要同步设备，甚至不需要在测站中添加别的装置就可以直接工作。
[0027](3)当测站位置信息误差比较大时，使用新方法得到的位置误差会比传统方法更小。传统的方法在一个方程中用到多个测站位置坐标，如果某一测站位置出错，会导致较大的误差；本专利技术提出的方法一个方程只需一个测站位置，可以通过增加的额外基站来消除误差。
[0028](4)将ATDOA算法应用于频谱定位时，它不仅可以单独使用，还可以作为其他算法的补充，现有的ATDOA和其联合算法已经能够实现对信号源的精准定位，但是ATDOA可以作为一个低成本的替代方法，它极大的简化的硬件要求，不需要额外的硬件就能实现，所需的只是软件成本。因此它完全可以作为已有定位系统的一个补充，特别是当时钟同步失败的时候，新方法仍然可以使用。
[0029](5)本专利技术提出新的频谱定位方法更适用于移动节点的移动距离较大时，典型的应用在对无人机黑飞，私装车载电台的监测等。
附图说明
[0030]为了更清楚地解释本专利技术使用中的技术方案，下面将对实施时所需要使用的附图作以简单的解释。
[0031]图1是ATDOA数据采集流程图；
[0032]图2是测站和辐射源布设示意图；
[0033]图3是异步到达时差的时序图；
[0034]图4是遗传算法流程图。
具体实施方式
[0035]1.基站应用ATDOA定位方法描述
[0036]本专利技术的研究的情景是：
[0037](1)基站可以是异步的，即基站之间时钟不要求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ATDOA算法的频谱监测系统定位方法，其特征在于，包括：在一个三维空间部署至少六个基站对辐射源进行定位监测，获取辐射源坐标，基站位置固定且已知，基站间允许时钟不同步；辐射源以固定的频率发送声音脉冲，并且可被监测站测出，较快的速度在可监测范围内运动；启动ATDOA任务后，测站采集进程采集待定位对象的数据信息，将采集到数据块连同测站自己接收信号的时间信息报告给中心站，中心站检测到六个以上测站的报告后，命令测站上传信息，该进程结束，中心站将数据块储存在内存中；上一进程进行完成后，间隔一定时间，通信进程再次向测站发出采集任务；测站接收采集任务后，再一次执行数据采集工作；中心站内存中储存有两次测站测得的定位对象信息和收拾信号的时间信息时，将该信息上传至数据处理模块，进行信息处理；中心站的ATDOA数据处理模块获得上述数据后，通过TDOA算法对数据进行分析处理，并利用遗传算法求解，从而获得定位对象的位置信息；获得定位对象位置坐标，将其显示在系统地图上。2.根据权利要求1所述的一种基于ATDOA算法的频谱监测系统的定位方法，其特征在于，将不要求时钟同步的ATDOA算法应用于频谱监测中，保证定位精度的同时减低了系统复杂度，能应用于不同的场景的要求，空间上布设六个基站，通过两次辐射源发出的信号到同一基站的时间差，利用公式(1)间接求出辐射源位置信息；3.根据权利要求1所述的一种基于ATDOA算法的频谱监测系统的定位方法，其特征在于，中心站和测站定位过程中的任务分配流程，在完成定位要求的基础上，对中心站和测站任务进行合理分配，使基站最快最低耗能得实现对辐射源得定位；启动ATDOA任务，测站ATDO...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小强，杨晨，杨小勇，李宁，李波东，宁航，和煦，杨刚，翟永智，姚引娣，孙爱晶，高强，赵远洋，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：