基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法，包括如下步骤：首先，在每个分布式观测站处，计算其配备阵列所接收数据的协方差矩阵；然后，在每个观测站处对其对应协方差矩阵进行特征值分解，分离信号子空间与噪声子空间，并将噪声子空间上传至中心站；再然后，在中心站处，将定位区域网格化，计算本发明专利技术代价函数在各网格点的函数值；再然后，寻找代价函数最大的信源数个峰值，其对应网格位置即为定位结果；最后，将定位结果回代，计算各阵列对应的互耦系数。与现有算法相比，在互耦未知场景下，本发明专利技术方法具有更高的定位精度。此外，由于引入了降维搜索思想，本发明专利技术方法在保证互耦估计能力的同时，还具有较低的计算复杂度。算复杂度。算复杂度。

【技术实现步骤摘要】
基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法


[0001]本专利技术属于无线定位
，尤其涉及一种基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法。

技术介绍

[0002]基于天线阵列的辐射源定位技术，在雷达、车联网、物联网等众多领域都有重要的应用。传统的两步定位方法将定位过程分为两个独立的步骤，导致了信息损失，因此定位精度较低，鲁棒性较差。相比两步定位方法，直接定位技术直接基于接收数据单步估计辐射源位置，显著提升了定位精度和鲁棒性。
[0003]现有直接定位算法普遍是针对理想阵列的，没有考虑天线阵元间互耦效应的影响，难以应用于互耦未知的场景。直接将未知互耦系数作为代价函数的搜索维度，会导致高维网格搜索，给硬件设备带来难以承受的负担。为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法，提升了定位精度的同时，保证复杂度较低，易于实际应用。
[0005]技术方案：本专利技术提供了一种基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法，包括以下步骤：
[0006]一种基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法，包括以下步骤：
[0007]1)在每个分布式观测站处，计算其均匀线阵接收数据的协方差矩阵；
[0008]2)在每个观测站处，求其接收数据协方差矩阵的逆矩阵；
[0009]3)在中心站处，将定位区域网格化，计算每个网格点的代价函数值；
[0010]4)寻找代价函数最大的信源数个峰值，其对应网格点即为定位结果；
[0011]5)将定位结果回代，计算各阵列对应的互耦系数。
[0012]优选的，基于L个位置精确已知、各装有一个M阵元均匀线阵的观测站定位Q个远场辐射源，辐射源发射互不相关的窄带平稳信号，信号的中心波长为λ，步骤1)中第l个均匀线阵的接收信号x
l
(t)的接收数据表示为：
[0013][0014]其中，表示耦合导向矢量，是第q个辐射源t时刻的发射信号，γ
q,l
和ι
q,l
分布表示从第q个辐射源到第l个观测站的路径衰落和时延，n
l
(t)表示阵列接收噪声，其服从零均值高斯分布，且为白噪声。
[0015]优选的，为互耦矩阵C
l
与一个不受互耦影响理想均匀线阵的导向矢量a
q,l
之积
[0016][0017]a
q,l
表示为
[0018][0019]其中，d
m,l
＝[d
m,l,x
,d
m,l,y
]T
表示阵元位置，k
ql
表示第q个辐射源到第l个观测站的波数向量
[0020][0021]其中，u
l
＝[u
l,x
,u
l,y
]T
(l＝1,2,
…
,L)和v
q
＝[v
q,x
,v
q,y
]T
(q＝1,2,
…
,Q)分别表示L个观测站和Q个辐射源的位置坐标；
[0022]互耦矩阵C
l
是一个M阶方阵，其第p行第q列元素[C
l
]p,q
为
[0023][0024]其中，B表示互耦自由度。
[0025]优选的，x
l
(t)的协方差矩阵满足
[0026][0027]其中，R
ssl
是一个Q阶对角矩阵，表示第l个均匀线阵接收的噪声功率，A
l
＝[a
1,l
,a
2,l
,
…
,a
Q,l
]，s
l
(t)＝[s
1,l
(t),s
2,l
(t),
…
,s
Q,l
(t)]T
，
[0028]优选的，协方差矩阵R
l
拆分成M个相互独立的特征矢量及其的线性组合，即
[0029][0030]其中，λ
i,l
和e
i,l
分别为做特征值与特征矢量，下标i和l分别对应于第i个特征值和第l个接收站；通过排序算法，将特征值按照λ
1,l
≥...≥λ
Q,l
≥λ
Q+1,l
≥...≥λ
M,l
顺序排列，求协方差矩阵R
l
的逆矩阵，其满足
[0031][0032]优选的，步骤3)中的代价函数具体形式是
[0033][0034]其中，
[0035]B
l
(v)＝B
l1
(v)+B
l2
(v)
[0036][0037][0038]e是一个第一个元素为1，其余元素全为0的B+1维列矢量。
[0039]优选的，步骤5)中的计算各阵列对应的互耦系数是通过下式计算
[0040][0041][0042]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果：在互耦未知情况下，本专利技术方法相比传统的RD
‑
MUSIC方法，SDF方法和PD
‑
MVDR方法，在保证计算复杂度较低的同时，显著提升了定位精度。
附图说明
[0043]图1为本专利技术的流程图；
[0044]图2为分布式多均匀线阵定位场景图；
[0045]图3为本专利技术方法二维空间谱；
[0046]图4为本专利技术方法定位多个辐射源结果散点图；
[0047]图5为本专利技术与传统定位方法在不同信噪比下的定位结果求根均方误差性能示意图；
[0048]图6为本专利技术与传统定位方法在不同信噪比下的互耦估计结果求根均方误差性能示意图。
具体实施方式
[0049]下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
[0050]符号表示：本文中，正粗体大写字母、正粗体小写字母和斜体字母，如A、a和a，分别表示矩阵、矢量和标量，[a]p
和[A]p,q
分别表示矢量a的第p个元素和矩阵A第p行第q列的元素，(
·
)
T
，(
·
)
H
和(
·
)
‑1分别表示矩阵的转置、共轭转置和求逆运算，||
·
||和|
·
|分别表示求矢量的欧几里得范数和标量的绝对值，ε{
·
}表示数学期望，带有三角上标的字母表示R的估计值。
[0051]本专利技术提供一种基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
[0052]步骤1：在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法，特征在于，包括以下步骤：1)在每个分布式观测站处，计算其均匀线阵接收数据的协方差矩阵；2)在每个观测站处，求其接收数据协方差矩阵的逆矩阵；3)在中心站处，将定位区域网格化，计算每个网格点的代价函数值；4)寻找代价函数最大的信源数个峰值，其对应网格点即为定位结果；5)将定位结果回代，计算各阵列对应的互耦系数。2.根据权利要求1所述的一种基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法，特征在于，基于L个位置精确已知、各装有一个M阵元均匀线阵的观测站定位Q个远场辐射源，辐射源发射互不相关的窄带平稳信号，信号的中心波长为λ，步骤1)中第l个均匀线阵的接收信号x
l
(t)的接收数据表示为：其中，表示耦合导向矢量，是第q个辐射源t时刻的发射信号，γ
q,l
和ι
q,l
分布表示从第q个辐射源到第l个观测站的路径衰落和时延，n
l
(t)表示阵列接收噪声，其服从零均值高斯分布，且为白噪声。3.根据权利要求2所述的一种基于未知互耦的分布式均匀线阵的直接定位方法，特征在于，为互耦矩阵C
l
与一个不受互耦影响理想均匀线阵的导向矢量a
q,l
之积a
q,l
表示为其中，d
m,l
＝[d
m,l,x
,d
m,l,y
]
T
表示阵元位置，k
ql
表示第q个辐射源到第l个观测站的波数向量其中，u
l
＝[u
l,x
,u
l,y
]
T
(l＝1,2,
…
,L)和v
q
＝[v
q,x
,v
q,y
]
T
(q＝1,2,
…
,Q)分别表示L个观测站和Q个辐射源的位置坐标；互耦矩阵C
l

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝宝，曹金科，曾浩威，张小飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：