一种基于持续到达信号强度的辐射源定位方法技术

本发明专利技术属于辐射源定位方法技术领域，具体涉及一种基于持续到达信号强度的辐射源定位方法，包括下列步骤：S1、对辐射源进行定位；S2、进行CSOA定位；S3、进行有效性判定。本发明专利技术增加观测点数量、降低观测点位置误差或降低观测时间误差，可提高定位成功率和定位精度。并且本发明专利技术观测点测量信号强度时产生的随机误差对定位成功率和精度影响不明显。并且本发明专利技术增加扫描次数或延长扫描时间，可提高定位成功率和定位精度。定位精度。定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于持续到达信号强度的辐射源定位方法


[0001]本专利技术属于辐射源定位方法
，具体涉及一种基于持续到达信号强度的辐射源定位方法。

技术介绍

[0002]辐射源定位是获取电磁信号源位置信息的重要技术手段。分布式无源定位利用分散的多个传感器接收目标辐射源信号进行定位，具有覆盖范围大、隐藏性好、容错性高、网络构建灵活方便等优点，在军事、民用等诸多领域得到广泛应用。已知的分布式无源定位方法有基于到达角(Angle of Arrival,AOA)、基于到达时间(Time of Arrival，TOA)、基于到达信号强度(Strength of Arrival,SOA)、基于到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)、基于到达频率差(Frequency Difference of Arrival，FDOA)的定位方法，以及基于TDOA和AOA，基于FDOA和AOA，基于TDOA和FDOA的联合定位方法等。
[0003]这些方法各有优缺点。其中，SOA定位方法可通过频谱扫描发现可用于定位的频率，并且可同时完成多个频点的辐射源定位。但是，SOA定位方法对各个监测点的时钟同步要求较高，各测点时钟的误差将造成定位误差增大或定位失败。

技术实现思路

[0004]针对上述SOA定位方法对各个监测点的时钟同步要求较高，各测点时钟的误差将造成定位误差增大或定位失败的技术问题，本专利技术提供了一种基于持续到达信号强度的辐射源定位方法，可在不增加硬件成本的基础上，以降低实时性为代价，大幅度提高定位成功率和精度，可适用于对实时性要求较低的电磁辐射源定位场景。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于持续到达信号强度的辐射源定位方法，包括下列步骤：
[0007]S1、对辐射源进行定位；
[0008]S2、进行CSOA定位；
[0009]S3、进行有效性判定。
[0010]所述S1中对辐射源进行定位的方法为：假设在一段时间内，空间中有且只有一个频率为F(F＜10GHz)的电磁波辐射源向O；辐射源O的空间坐标(x0,y0,h0),在某段时长内，辐射信号强度的集合为其中x0,y0,h0分别为x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标；所述x轴为东西方向，所述x轴由西向东为正；所述y轴为南北方向，所述y轴为由南向北为正；所述z轴为高度方向，所述z轴由下向上为正；所述x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标的单位均为Km；为辐射源的在第j个时刻的信号强度值，单位为dBm；该信号的强度值在一段时间内共有M次变化，第j次变化前信号强度值持续的时间长度为t
j
，j＝1,2,...,M；
[0011]同时假设地面有n个观测点G
i
(i＝1,2,...,n)，以其空间坐标及观测到的信号强度表示为：G
i
＝(x
i
,y
i
,h
i
,E
i
)；其中，x
i
,y
i
,h
i
是空间坐标；为G
i
在第j个时刻
观测到的信号强度值，单位为dBm。
[0012]所述G
i
符合以下条件：各个观测点不在同一个平面或同一条直线上；每个观测点与辐射源间无遮挡；各个观测点可连续测量频率为F的电磁波信号强度；n≥5；
[0013]在此条件下，通过持续观测各个观测点所接收信号的强度值，利用CSOA定位方法，推算出辐射源O的空间坐标(x0,y0,h0)。
[0014]所述S2中进行CSOA定位的方法为：由于目标到观测点无遮挡物，且电磁波频率低于10GHz时在空气中传播的损耗可忽略不计，故认为电磁波从目标O到观测点G
i
之间的损耗等于电磁波在自由空间中传输的损耗；在不考虑电磁波在空间传输所耗时间的情况下，其公式为：
[0015][0016]其中，F为频率，单位为MHz；D
i
为观测点G
i
到目标O的直线距离，单位为Km；i＝1，2，...，n，j＝1，2，...，M；
[0017][0018]由式(1)转换，并在等式两边同乘以t
j
可得
[0019][0020]将M个时刻的数据相加，可得：
[0021][0022]令则P
i
＝Q
‑
20lgD
i
·
T，变换得：
[0023]lgD
i
＝(Q
‑
P
i
)/(20T)
[0024][0025]令B＝10
Q/(10T)
，则：
[0026]D
i2
＝B/K，KD
i2
＝B，将式(2)代入，可得：
[0027]K[(x
‑
x0)2+(y
‑
y0)2+(h
‑
h0)2]＝B
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0028]式(5)变换得：
[0029][0030]令Y＝K(x2+y2+h2)，X0＝2Kx，X1＝2Ky，X2＝2Kh，X3＝
‑
K，a0＝x0，a1＝y0，a2＝h0，a3＝x
02
+y
02
+h
02
，a4＝B，代入式(6)，得：
[0031]a0X0+a1X1+a2X2+a3X3+a4＝Y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0032]式(7)是一个线性表达式，用该式对(X0，X1，X2，X3，Y)的n组观测值(X
0i
,X
1i
,X
2i
,X
3i
，Y
i
)(i＝0，1，...，n
‑
1)进行多元线性回归分析，可计算得出回归系数a0，a1，a2，a3，a4；其中(X
0i
，X
1i
，X
2i
，X
3i
，Y
i
)(i＝0，1，...，n
‑
1)由G
i
的n组观测值(x
i
，y
i
，h
i
，E
i
)计算得出；
[0033]由此最后得出：
[0034]x0＝a0，y0＝a1，h0＝a2。
[0035]所述多元线性回归的方法为：
[0036]设随机变量Y及m个自变量X0，X1，......，X
m
‑1；给定n组观测数据(X
0i
，X
1i
，......，X
m
‑
1i
，Y
i
)(i＝0，1，.....，n...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于持续到达信号强度的辐射源定位方法，其特征在于：包括下列步骤：S1、对辐射源进行定位；S2、进行CSOA定位；S3、进行有效性判定。2.根据权利要求1所述的一种基于持续到达信号强度的辐射源定位方法，其特征在于：所述S1中对辐射源进行定位的方法为：假设在一段时间内，空间中有且只有一个频率为F(F＜10GHz)的电磁波辐射源向O；辐射源O的空间坐标(x0,y0,h0),在某段时长内，辐射信号强度的集合为其中x0,y0,h0分别为x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标；所述x轴为东西方向，所述x轴由西向东为正；所述y轴为南北方向，所述y轴为由南向北为正；所述z轴为高度方向，所述z轴由下向上为正；所述x轴坐标、y轴坐标、z轴坐标的单位均为Km；为辐射源的在第j个时刻的信号强度值，单位为dBm；该信号的强度值在一段时间内共有M次变化，第j次变化前信号强度值持续的时间长度为t
j
，j＝1,2,...,M；同时假设地面有n个观测点G
i
(i＝1,2,...,n)，以其空间坐标及观测到的信号强度表示为：G
i
＝(x
i
,y
i
,h
i
,E
i
)；其中，x
i
,y
i
,h
i
是空间坐标；是空间坐标；为G
i
在第j个时刻观测到的信号强度值，单位为dBm。3.根据权利要求2所述的一种基于持续到达信号强度的辐射源定位方法，其特征在于：所述G
i
符合以下条件：各个观测点不在同一个平面或同一条直线上；每个观测点与辐射源间无遮挡；各个观测点可连续测量频率为F的电磁波信号强度；n≥5；在此条件下，通过持续观测各个观测点所接收信号的强度值，利用CSOA定位方法，推算出辐射源O的空间坐标(x0,y0,h0)。4.根据权利要求1所述的一种基于持续到达信号强度的辐射源定位方法，其特征在于：所述S2中进行CSOA定位的方法为：由于目标到观测点无遮挡物，且电磁波频率低于10GHz时在空气中传播的损耗可忽略不计，故认为电磁波从目标O到观测点G
i
之间的损耗等于电磁波在自由空间中传输的损耗；在不考虑电磁波在空间传输所耗时间的情况下，其公式为：其中，F为频率，单位为MHz；D
i
为观测点G
i
到目标O的直线距离，单位为Km；i＝1,2,...,n,j＝1,2,...,M；由式(1)转换，并在等式两边同乘以t
j
可得将M个时刻的数据相加，可得：令则P
i
＝Q
‑
20lgD
i
·
T，变换得：lgD
i
＝(Q
‑
P
i
)/(20T)
令B＝10
Q/(10T)
，则：D
i2
＝B/K，KD
i2
＝B，将式(2)代入，可得：K[(x
‑
x0)2+(y
‑
y0)2+(h
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张游杰，郑伟伟，吴伟，陈学丽，张清萍，马俊明，
申请(专利权)人：中电科鹏跃电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：