一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法和系统技术方案

本发明专利技术提出一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法和系统，属于信号处理技术领域。所述方法包括：步骤S1、利用L个接收站，通过K次信号截取，获取来自位于p处的单个静止辐射源的观测信号，并对观测信号进行采样处理；步骤S2、基于L个接收站的不一致脉冲噪声构造L个接收站中的每一个在各次截取所处的时隙中的代价函数；步骤S3、基于L个接收站的加权系数和L个接收站中的每一个在各个时隙中的代价函数来构建全局代价函数。本发明专利技术针对脉冲噪声分散系数不一致的问题，通过构造目标直接定位的代价函数，利用噪声分散系数对不同信噪比的信号进行加权，解决了直接定位算法在不一致的脉冲噪声情况下，定位性能下降的问题。定位性能下降的问题。定位性能下降的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法和系统


[0001]本专利技术属于信号处理
，尤其涉及一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法和系统。

技术介绍

[0002]目标的无源定位技术通过利用接收站截获由目标发射或反射的信号, 而无需自身发射电磁信号确定目标位置。无源定位具有成本低、抗干扰能力强等优点，在水面舰艇定位、海域监测、地面非法入侵等领域都具有重要应用价值。
[0003]目标直接定位算法是无源定位的重要发展之一。在“WEISS A J. Direct position determination of narrowband radio transmitters[J]. IEEE Signal Processing Letters, IEEE, 2004, 11(5): 513
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516.”首次提出了直接定位（Direct Position Determination, DPD）方法。与经典的两步法无源定位算法相比，直接定位算法直接使用观测信号而无需完成时差/频差的估计，在低信噪比条件下通常具有更优的定位精度。
[0004]包括DPD在内的绝大多数目标无源定位算法，都是在高斯噪声条件下推导得到的。然而，无论是自然界，还是由于人为因素的影响，实际的噪声，如电力线通信系统中的噪声、浅海水声信道噪声等，通常会呈现出明显的尖峰脉冲特性。这类噪声的分布曲线相比高斯分布具有更厚的拖尾。对于这类噪声，通常可采用α
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稳定分布对其建模。其中，分散系数γ是描述α<br/>–
稳定分布的重要参数之一，表征了分布的离散程度。
[0005]事实上，在上述脉冲噪声环境下，多种常规的基于高斯噪声条件得到的参数估计算法性能明显恶化。论文“金艳, 任航, 姬红兵. 脉冲噪声下基于相关熵的OFDM时域参数估计[J]. 系统工程与电子技术, 2015, 37(12): 2701
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2706.”讨论了经典的正交频分复用时域参数估计方法在脉冲噪声环境下性能恶化的问题。论文“蔡睿妍, 杨力, 钱杨. 脉冲噪声下基于相关熵的相干分布源DOA估计新方法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(11): 2600
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2606.”讨论了脉冲噪声环境下到达方向估计性能显著恶化的问题。论文“佟祉谏. Alpha稳定分布噪声环境下基于相关熵的时延估计算法研究[D]. 大连理工大学, 2010.”讨论了经典时延估计算法在脉冲噪声条件下的时延估计的性能恶化。
[0006]此外，多数经典的无源定位算法（包括DPD算法）通常假设各接收站处的高斯噪声是独立、一致的，即噪声是同分布的高斯噪声。而实际中各接收站处的噪声尽管是独立但可能不一致的，比如各个接收站的噪声均为高斯噪声但噪声功率不同；或各个接收站的噪声均为脉冲噪声，但噪声的分散参数不同；或者部分接收站的噪声是高斯噪声，其他接收站的噪声是脉冲噪声。已有研究表明，当各接收机的噪声功率不同时，经典的直接定位算法的定位精度会有所恶化。为了解决这一问题，基于极大似然估计准则，论文“钟华, 阮怀林, 孙兵, 等. 噪声不一致背景下脉冲串辐射源直接定位算法[J]. 西安交通大学学报, 2021, 55(08): 157
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165.”提出了高斯噪声功率不一致情况下的直接定位（NWO
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ML
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DPD）算法。在接收站高斯噪声功率不一致且发射信号为脉冲信号的情况下，与经典的DPD算法相比，NWO
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ML
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DPD具有更优的定位精度。经验证，在脉冲噪声分散系数不一致的环境下，该算法的定位精度有所下降。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本申请提出一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方案。
[0008]本专利技术第一方面公开了一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法。所述方法包括：步骤S1、利用L个接收站，通过K次信号截取，获取来自位于p处的单个静止辐射源的观测信号，并对所述观测信号进行采样处理；其中，所述观测信号相比于所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号，包含了时延、多普勒频移以及噪声的影响因素；步骤S2、基于所述L个接收站的不一致脉冲噪声构造所述L个接收站中的每一个在各次截取所处的时隙中的代价函数；步骤S3、基于所述L个接收站的加权系数和所述L个接收站中的每一个在各个所述时隙中的代价函数来构建全局代价函数；其中，所述全局代价函数的极大值点表征所述单个静止辐射源的估计位置为所述单个静止辐射源的真实位置，所述L个接收站的加权系数依赖于所述L个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数。
[0009]根据本专利技术第一方面的方法，在所述步骤S1中，所述L个接收站中的每个接收站都在进行K次信号截取，单次截取时间为T，第l个所述接收站在第k次截取信号时的位置为，速度为，所述第k次截取所在的时隙中，所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号为，其中是载频，为带宽为W的窄带信号，且，则第l个所述接收站在所述第k次截取的所述观测信号为：其中，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到所述第l个接收站的传输时延，c为光速，为欧氏范数，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到第l个接收站产生的多普勒频移，，为所述第k次截取中所述第l个接收站的加性脉冲噪声，所述加性脉冲噪声服从稳定分布。
[0010]根据本专利技术第一方面的方法，在所述步骤S1中，以为采样周期对所述观测信号进行采样处理，则所述第l个接收站在所述第k次截取所在的时隙中接收到的观测信号的样本为：
其中，，向量形式为：其中，其中，表示以为对角线元素的对角矩阵，为向下移位算子，所述通过循环移动单位矩阵的行获取，表示向下取整，使用来实现的移位。
[0011]根据本专利技术第一方面的方法，在所述步骤S2中，获取所述L个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数，则所述第k次截取所在的时隙中第i个采样点的代价函数为：其中，为高斯核函数，为取共轭操作，为核长参数，表示每个时隙中每个采样点处的多个接收站观测样本的差，表示向量的第i个元素。
[0012]根据本专利技术第一方面的方法，在所述步骤S3中，将所述第k次截取所在的时隙、N个所述采样点的代价函数相加以获取所述全局代价函数，如下所示：。
[0013]根据本专利技术第一方面的方法，在所述步骤S3中，所述全局代价函数的极大值点为：。
[0014]本专利技术第二方面公开了一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位系统。所述系统包括：第一处理单元，被配置为，利用L个接收站，通过K次信号截取，获取来自位于p处的单个静止辐射源的观测信号，并对所述观测信号进行采样处理；其中，所述观测信号相比于所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号，包含了时延、多普勒频移以及噪声的影响因素；第二处理单元，被配置为，基于所述L个接收站的不一致脉冲噪声构造所述L个接收站中的每一个在各次截取所处的时隙中的代价函数；第三处理单元，被配置为，基于所述L个接收站的加权系数和所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1、利用L个接收站，通过K次信号截取，获取来自位于p处的单个静止辐射源的观测信号，并对所述观测信号进行采样处理；其中，所述观测信号相比于所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号，包含了时延、多普勒频移以及噪声的影响因素；步骤S2、基于所述L个接收站的不一致脉冲噪声构造所述L个接收站中的每一个在各次截取所处的时隙中的代价函数；步骤S3、基于所述L个接收站的加权系数和所述L个接收站中的每一个在各个所述时隙中的代价函数来构建全局代价函数；其中，所述全局代价函数的极大值点表征所述单个静止辐射源的估计位置为所述单个静止辐射源的真实位置，所述L个接收站的加权系数依赖于所述L个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数。2.根据权利要求1所述的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述L个接收站中的每个接收站都在进行K次信号截取，单次截取时间为T，第l个所述接收站在第k次截取信号时的位置为，速度为，所述第k次截取所在的时隙中，所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号为，其中是载频，为带宽为W的窄带信号，且，则第l个所述接收站在所述第k次截取的所述观测信号为：其中，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到所述第l个接收站的传输时延，c为光速，为欧氏范数，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到第l个接收站产生的多普勒频移，，为所述第k次截取中所述第l个接收站的加性脉冲噪声，所述加性脉冲噪声服从稳定分布。3.根据权利要求2所述的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中，以为采样周期对所述观测信号进行采样处理，则所述第l个接收站在所述第k次截取所在的时隙中接收到的观测信号的样本为：其中，，向量形式为：其中，
其中，表示以为对角线元素的对角矩阵，为向下移位算子，所述通过循环移动单位矩阵的行获取，表示向下取整，使用来实现的移位。4.根据权利要求3所述的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛毅，段永胜，张峻宁，王军，黄中瑞，安永旺，陈晶，秦立龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：