一种快速确定基于时差的直接定位网格位置谱的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速确定基于时差的直接定位网格位置谱的方法。本发明专利技术方法利用位置谱函数在特别设计的位置网格上的可递归计算特性，采用FFT算法快速计算所有网格点上的位置谱函数值，显著提高基于时差的直接定位方法的定位实时性。并采用朴素的等间隔矩形网格搜索的基于时差的直接定位方法的时间复杂度为信号序列长度的平方阶，本发明专利技术的时间复杂度为信号序列长度的线性对数阶，其降低计算复杂度的效率随着所处理的信号序列长度的增加而提高，可以更加高效地完成位置谱计算，进而使其更加满足对信号源位置估计的实时性要求。更加满足对信号源位置估计的实时性要求。

【技术实现步骤摘要】
一种快速确定基于时差的直接定位网格位置谱的方法


[0001]本专利技术属于信号与信息处理
，尤其涉及基于信号测量构建位置谱函数并实时计算网格位置谱(信号源所在区域网格上的位置谱函数值)的定位方法。

技术介绍

[0002]在信号与信息处理
，获取信号源位置信息是一种基本的应用需求，涉及的定位技术也得到广泛关注。
[0003]信号源定位技术依据定位流程可大致分为两步定位法和直接定位法两类。
[0004]传统的两步定位法先估计中间定位参数(例如，信号达到时间，信号达到角度等)，再计算信号源位置，具有计算复杂度低、抗噪性能差的特点。直接定位法基于原始的信号测量构建位置谱函数并通过计算网格位置谱来估计信号源位置，具有更强的抗噪性能。相较于两步法只搜索一维的中间定位参数，直接法需要进行二维位置网格搜索，具有更高的计算复杂度。
[0005]然而，直接法通常采用的等间隔矩形网格是一种朴素的网格化方案，该方案并未建立起不同网格点上位置谱函数计算过程的关联性，导致计算网格位置谱的效率低。因此，快速确定基于时差的直接定位网格位置谱，可以进一步提高直接定位法的实时性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种快速确定基于时差的直接定位网格位置谱的方法。该方法通过建立位置谱函数在网格点间的可递归计算特性，显著提高了网格位置谱的计算效率，进而提高基于时差的直接定位方法的实时性。
[0007]本专利技术目的通过下述技术方案来实现：
[0008]一种快速确定基于时差的直接定位网格位置谱的方法，所述直接定位网格位置谱的方法包括如下步骤：
[0009]S1：离线状态下依次选取两个接收站P
i
和P
j
作为焦点，以信号带宽倒数的整数倍时差对应的距离差构建双曲线簇，其中，k为整数，c为光速，B为信号带宽；
[0010]组双曲线簇的公共交点g构成所设计的位置网格点集合G，其中，N为接收站数，C表示组合数；
[0011]将每个网格点的坐标、所属双曲线的距离差参数以及双曲线半支的分属情况[g,k
ij
]存储至内存；
[0012]S2：在线状态下依次选取两个接收站的接收信号，将其中一个接收信号取共轭后与另一个接收信号y
j
做Hadamard积得到个数据向量r
ij
，并对所得数据向量做L点快速傅里叶变换后循环移位位得到FFT变换结果d
ij
；
[0013]S3：根据内存中存储的网格点g所属双曲线距离差和半支分属情况[g,k
ij
]，选取对应的FFT变换结果构建数据矩阵Ψ(g)；
[0014]S4：计算数据矩阵最大特征值λ
max
(Ψ(g))作为对应网格点上的位置谱函数值。
[0015]根据一个优选的实施方式，步骤S1中构建的双曲线簇为：
[0016]k∈Z，且
[0017]其中，Z为整数，M为双曲线上的点。
[0018]根据一个优选的实施方式，步骤S1中位置坐标g基于以下双曲线簇方程组求解获得，
[0019]k∈Z，且Z为整数。
[0020]根据一个优选的实施方式，步骤S2中，
[0021][0022]其中，符号为hadamard积，符号FFT(
·
)为快速傅里叶变换，符号circshift[x,l]表示将向量x循环移位l位。
[0023]根据一个优选的实施方式，步骤S3中，
[0024][0025]根据一个优选的实施方式，步骤S4中位置谱函数值J(g)为：J(g)＝λ
max
(Ψ(g))，其中，λ
max
(X)表示求矩阵X最大特征值。
[0026]前述本专利技术主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本专利技术可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本专利技术方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本专利技术所要保护的技术方案，在此不做穷举。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]在基于时差的直接定位方法中，本专利技术方法充分利用位置谱函数在特别设计的位置网格上的可递归计算特性，采用FFT算法快速计算所有网格点上的位置谱函数值，显著提高基于时差的直接定位方法的定位实时性。
[0029]其本专利技术采用朴素的等间隔矩形网格搜索的基于时差的直接定位方法的时间复杂度为信号序列长度的平方阶，本专利技术的时间复杂度为信号序列长度的线性对数阶，其降低计算复杂度的效率随着所处理的信号序列长度的增加而提高，可以更加高效地完成位置谱计算，进而使其更加满足对信号源位置估计的实时性要求。
具体实施方式
[0030]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031]实施例1：
[0032]以位于(15,15)的信号源发射的波形已知，带宽B＝200MHz的信号分别由位于(0,0)、(30,0)和(0,30)的基站接收为例，先对接收信号进行预处理，利用已知的发射信号波形估计多径信道的频域响应y
i
∈C
L
×1,i＝1,2,3,L＝200，再基于信道频域响应的估计构建位置谱函数并搜索信号源位置。实施本专利技术的目的就是快速计算特别设计的位置网格上位置谱函数值，高效地完成信号源位置搜索。
[0033]本例的流程如下：
[0034]步骤1、离线状态下依次选取两个接收站坐标作P
i
和P
j
为焦点，以信号带宽倒数的整数倍时差对应的距离差构建关于位置坐标g的双曲线簇方程组，方程组的解构成位置网格G。本例中存储在内存中的位置网格和相应的所属双曲线的距离差以及双曲线半支的分属情况如下表：
[0035][0036]步骤2、在线状态下依次选取两个接收站估计的信道频域响应，将其中一个信道频域响应取共轭后与另一个信道频域响应y
j
做Hadamard积(对应元素相乘)得到个数据向量r
ij
。将数据向量按列排成矩阵如下表：
[0037][0038][0039]数据矩阵按列进行FFT并循环移位后得到：
[0040][0041]步骤3、根据内存中存储的网格点坐标和所属双曲线距离差以及半支分属情况[g,k
ij
]，选取对应的FFT变换结果构建数据矩阵Ψ(g)，以下给出第1和第200个网格点对应的数据矩阵，
[0042][0043][0044][0045]步骤4、计算数据矩阵最大特征值作为对应网格点上的位置谱函数值，所有网格点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速确定基于时差的直接定位网格位置谱的方法，其特征在于，所述直接定位网格位置谱的方法包括如下步骤：S1：离线状态下依次选取两个接收站P
i
和P
j
作为焦点，以信号带宽倒数的整数倍时差对应的距离差构建双曲线簇，其中，k为整数，c为光速，B为信号带宽；组双曲线簇的公共交点g构成所设计的位置网格点集合G，其中，N为接收站数，C表示组合数；将每个网格点的坐标、所属双曲线的距离差参数以及双曲线半支的分属情况[g,k
ij
]存储至内存，k
ij
为双曲线参数；S2：在线状态下依次选取两个接收站的接收信号，将其中一个接收信号取共轭后与另一个接收信号y
j
做Hadamard积得到个数据向量r
ij
，并对所得数据向量做L点快速傅里叶变换后循环移位位得到FFT变换结果d
ij
；S3：根据内存中存储的网格点g所属双曲线距离差和半支分属情况[g,k
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝克钢，李剑，于海强，陈兴龙，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：