基于二维离散傅里叶变换的多阵列直接定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二维离散傅里叶变换的多阵列直接定位方法，首先，计算各观测站接收信号的互协方差，并通过二维离散傅里叶变换(two

【技术实现步骤摘要】
基于二维离散傅里叶变换的多阵列直接定位方法


[0001]本专利技术涉及无线定位
，尤其涉及一种基于二维离散傅里叶变换的多阵列直接定位方法。

技术介绍

[0002]传统的多阵列无源定位技术大多是两步定位技术，需要先从原始信号中估计中间参数并进行数据关联，而后通过穷尽搜索，最小二乘，梯度下降等方法估计辐射源位置，但是，传统的两步定位方法在数据关联上存在难题。从信息论的角度来讲，对信号的处理步骤越少，理论上算法的性能就越好。直接定位技术是一种无需参数关联的技术，可直接从原始信号中估计辐射源位置，与传统的两步定位技术相比，直接定位避免了参数关联误差的传递，使得位置估计性能有所提高，因此有关多阵列直接定位算法的研究具有重要的实际应用意义。
[0003]现有的多阵列直接定位算法都是通过对代价函数进行穷尽搜索，这带来了高维搜索问题，计算复杂度大大增加。在实际应用中，大多需要对目标进行实时的定位，这对算法的计算复杂度提出了要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种基于二维离散傅里叶变换的多阵列直接定位方法，在保证估计性能的同时显著降低了计算复杂度，易于实时处理。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0006]基于二维离散傅里叶变换的多阵列直接定位方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1)，构造多阵列联合定位模型，得到接收信号信息r
l
(t)；
[0008]步骤1.1)，构造每个观测站的阵列流型
[0009]M为每个观测站配备的大规模均匀线阵阵元个数，K为辐射源的个数；
[0010][0011]为导向矢量，d表示阵元间距，λ表示信号波长；u
l
＝[x
l
,y
l
]T
表示第l个观测站的位置矢量，x
l
、y
l
分别为其横、纵坐标；第k个辐射源的位置矢量为p
k
＝[x
k
,y
k
]T
，x
k
、y
k
分别为其横、纵坐标；k＝1,2,
…
,K；总的位置矢量θ
l,k
表示第l个观测站接收到的第k个辐射源的波达角，u
l
(1)表示取矢量u
l
中的第一个元素，p
k
(1)表示取矢量p
k
中的第一个元素；||
·
||表示2范数；
[0012]步骤1.2)，采用多阵列联合定位模型得到第l个观测站在采样时刻t的接收信号s(t)是K
×
1维发射信号矢量，其协方差矩阵是对角阵；n
l
(t)
表示M
×
1维高斯白噪声矢量；
[0013]步骤2)，计算各观测站接收信号的互协方差矩阵，并对其做二维离散傅里叶变换；
[0014]步骤2.1)，根据以下公式计算第1个基站接收信号与第l+1个基站接收信号的互协方差R
1,l
：
[0015][0016]式中，T表示快拍数，t＝1,2,
…
,T，L表示观测站个数；
[0017]步骤2.2)，构造归一化的DFT矩阵
[0018][0019]式中，D矩阵的第(m1,n1)个元素为
[0020]对第1个基站与第l+1个基站关于第k个信源的导向矢量的互协方差进行2D
‑
DFT处理后的矩阵
[0021]阵的第(u,v)个元素为：
[0022][0023]当物理阵元数M趋近于无穷大时，即M
→
∞，一定存在一对整数(u
k
,v
k
)使得同时的其余元素全为0；此时，达到了“理想稀疏”，所有功率都集中在2D
‑
DFT谱的第(u
k
,v
k
)点，各基站自动匹配的方位信息由非零点的位置得到，θ
1,k
＝arcsin(2u
k
/M)，θ
l+1,k
＝arcsin(2v
k
/M)；
[0024]步骤2.3)，根据对接收信号互协方差进行2D
‑
DFT，并计算矩阵中最大的K个元素对应的索引值k＝1,2,
…
,K；
[0025]步骤2.4)，根据k＝1,2,
…
,K对方位角进行初估计，表示第1个观测站对k个辐射源波达角的初估计值，表示第l+1个观测站对k个辐射源波达角的初估计值；
[0026]步骤3)，构造相位旋转矩阵并对方位信息进行补偿；
[0027]步骤3.1)，定义相位旋转矩阵
[0028]式中，偏移相位η∈(
‑
π/M,π/M)，ξ∈(
‑
π/M,π/M)；
[0029]记经过相位旋转和2D
‑
DFT变换后的互协方差为：
[0030][0031]矩阵的第(u1,v1)个元素为：
[0032][0033]一定存在偏移相位η
k
∈(
‑
π/M,π/M)，ξ
k
∈(
‑
π/M,π/M)使得π/M,π/M)使得此时矩阵中将有且仅有一个非零元素，也即杜绝了“功率泄露”；
[0034]步骤3.2)，根据下式搜索得到η
1,k
和ξ
l,k
的估计值：
[0035][0036][0037]其中，表示矩阵D的第行，表示矩阵D的第列,||
·
||表示2范数；
[0038]步骤3.3)，根据和对方位角进行精确估计，为第1个观测站对k个辐射源波达角的精确估计值，为第l+1个观测站对k个辐射源波达角的精确估计值，k＝1,2,
…
,K；
[0039]步骤4)，根据公式直接求解目标位置矢量估计值式中，
[0040]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0041]本专利技术所提算法的估计精度优于传统AOA
‑
K
‑
Means聚类两步定位方法，且在低信噪比下接近MVDR直接定位算法的估计精度；与AOA
‑
K
‑
Means聚类两步定位技术、MVDR直接定位技术相比，本专利技术显著降低了计算复杂度。
附图说明
[0042]图1为本专利技术的流程图；
[0043]图2为多阵列联合定位场景图；
[0044]图3为本专利技术与传统定位方法在不同观测站数目下的计算复杂度示意图；
[0045]图4为本专利技术与传统定位方法在不同信噪比下的求根均方误差性能示意图；
[0046]图5为本专利技术与传统定位方法在不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于二维离散傅里叶变换的多阵列直接定位方法，特征在于，包括以下步骤：步骤1)，构造多阵列联合定位模型，得到接收信号信息r
l
(t)；步骤1.1)，构造每个观测站的阵列流型M为每个观测站配备的大规模均匀线阵阵元个数，K为辐射源的个数；为导向矢量，d表示阵元间距，λ表示信号波长；u
l
＝[x
l
,y
l
]
T
表示第l个观测站的位置矢量，x
l
、y
l
分别为其横、纵坐标；第k个辐射源的位置矢量为p
k
＝[x
k
,y
k
]
T
，x
k
、y
k
分别为其横、纵坐标；k＝1,2,
…
,K；总的位置矢量θ
l,k
表示第l个观测站接收到的第k个辐射源的波达角，u
l
(1)表示取矢量u
l
中的第一个元素，p
k
(1)表示取矢量p
k
中的第一个元素；||
·
||表示2范数；步骤1.2)，采用多阵列联合定位模型得到第l个观测站在采样时刻t的接收信号s(t)是K
×
1维发射信号矢量，其协方差矩阵是对角阵；n
l
(t)表示M
×
1维高斯白噪声矢量；步骤2)，计算各观测站接收信号的互协方差矩阵，并对其做二维离散傅里叶变换；步骤2.1)，根据以下公式计算第1个基站接收信号与第l+1个基站接收信号的互协方差R
1,l
：式中，T表示快拍数，t＝1,2,
…
,T，L表示观测站个数；步骤2.2)，构造归一化的DFT矩阵步骤2.2)，构造归一化的DFT矩阵式中，D矩阵的第(m1,n1)个元素为对第1个基站与第l+1个基站关于第k个信源的导向矢量的互协方差进行2D
‑
DFT处...

【专利技术属性】
技术研发人员：史鑫磊，张小飞，曾浩威，钱洋，孙宇欣，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：