【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线定位，具体涉及一种基于传播算子的子空间时差直接定位方法。
技术介绍
1、定位技术在雷达、无线通信、车载技术、室内导航等民用和军事领域发挥了巨大的作用。无源定位作为该技术的重要组成部分，以其精度高、隐蔽性强等优点受到越来越多的关注。早期无源定位一般采用两步定位法实现。第一步是利用观测站接收到的信号估计中间参数。第二步是根据上述参数和观测站分布建立相应的方程。然后用特定的方法求解方程，得到辐射源的位置。两步法虽然得到了广泛的应用，但仍然存在一些缺点。直接定位(direct position determination,dpd)是直接从测量数据中估计目标位置，不需要进行参数估计，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。较为经典的直接定位算法有基于最大似然(maximumlikelihood,ml)准则的直接定位算法，基于子空间数据融合(subspace data fusion,sdf)直接定位算法，以及基于最小方差无失真响应(minimum variance distortionlessresponse,mvdr)直接定位算法。
2、上述的dpd算法都是基于阵列天线的使用场景，随着材料和工艺技术的不断发展，大部分材料趋向轻薄化，阵列天线硬件成本高，在实际应用中可能无法实现。相反，基于到达时间差(time difference of arrival,tdoa)的定位方法是通过分布式单传感器观测站来实现的，但目前基于tdoa的dpd算法很少，较为经典的是使
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了提出一种基于传播算子的子空间时差直接定位方法，在降低构造子空间复杂度的同时，实现了高精度的直接定位。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种基于传播算子的子空间时差直接定位方法，所述子空间时差直接定位方法包括以下步骤：
4、步骤1：整合所有基站时域接收信号并分段进行离散傅里叶变换，得到接收信号的频域矩阵形式；
5、步骤2：计算不同频率的协方差矩阵并利用协方差矩阵计算传播算子和构造噪声子空间；
6、步骤3：使用噪声子空间构建损失函数；
7、步骤4：对要搜索的区域划分网格并计算各个网格点的损失函数值；
8、步骤5：搜索损失函数极值以得到辐射源位置。
9、步骤1进一步包括：
10、在二维平面中有l个观测基站，第l个观测基站位于sl(xl,yl)，每个观测只配备一个传感器来捕捉信号且各个观测站时间同步；假设有m个未知的远场辐射源，并且它们发射不相关的宽带信号；设第m个未知发射器位于tm(xm,ym)，在观测时间间隔内的任意t时刻，第l个基站获得的信号表示为：
11、
12、其中ts是观测时间间隔，αl,m是第m个辐射源信号到达第l个观测站传播路径上的未知衰减系数，sm(t)是观测时间间隔内的任意t时刻第m个辐射源发射信号，wl(t)是白色零均值复数加性高斯噪声，τl,m是第m个辐射源到达第l个观测站的时延，表示为：
13、
14、其中c是电磁波的传播速度，整合所有基站的接收信号得到：
15、z(t)＝[z1(t)z2(t)…zl(t)]t,0≤t≤ts；
16、把各个基站的接收信号平均划分成j段，即：
17、z＝[y1(t′)y2(t′)…yj(t′)]；
18、接着对每一段的接收信号yj(t′)进行n点dft，得到：
19、
20、其中，和分别为yj(t′)、zl(tj)、sm(tj)和wl(tj)的dft结果，fn对应第n个频点对应的频率；令q为辐射源位置矢量，且
21、
22、a(fn,q)＝[a(fn,q1) a(fn,q2) … a(fn,qm)]
23、
24、那么有：
25、
26、其中，sj(fn)表示频域快拍为j时发射信号的第n个窄带频域分量，wj(fn)表示频域快拍为j时发射信号的第n个窄带频域分量，a(fn,q)表示信号流形矩阵，a(fn,qm)为第n个窄带频域内包含衰减系数、时延与频率信息的矢量；
27、整合所有频域快拍数据得到接收信号的频域矩阵形式：
28、
29、步骤2进一步包括：
30、频率fn对应分量的协方差矩阵为：
31、
32、其中，rs(fn)是信号谱密度矩阵，rw(fn)是噪声谱密度矩阵；信号流形矩阵分解为：
33、
34、其中，a1(fn,q)为a(fn,q)的前m行，a2(fn,q)为a(fn,q)的后l-m行；则存在唯一的传播算子使得下式成立：
35、
36、其中，il-m表示l＝m维的单位矩阵；定义：
37、
38、则有：
39、
40、qnn和a(fn,q)是正交的，对qnn的列向量正交化得到噪声子空间unn：
41、
42、对协方差矩阵进行分块得到：
43、
44、其中，gn由的前m列组成，hn由的后l-m列组成，则第n个频点的传播算子由下式得到：
45、
46、基于传播算子构造得到对应的噪声子空间。
47、步骤3进一步包括：
48、设搜索位置为p＝[x,y]t，当搜索位置为辐射源位置时，根据噪声子空间和信号流形的正交性，得到：
49、
50、其中，diag(·)表示对角化，a(fn,p)表示目标位置到各个基站时延与频率信息的矢量，表示目标位置到各个基站的衰减矢量，其中α1,α2,··,αl表示到各个基站的衰减系数。
51、截取g个有效频带，整合g个有效频带得到：
52、
53、定义k(p)为：
54、
55、那么：
56、
57、假设的第一个元素为1，转换得到：
58、
59、其中，e1＝[1,0,…,0]t，根据拉格朗日乘子法得到损失函数f(p)为：
60、f(p)＝e1hk(p)-1e1。
61、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
62、第一，本专利技术的基于传播算子的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于传播算子的子空间时差直接定位方法，其特征在于，所述子空间时差直接定位方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于传播算子的子空间时差直接定位方法，其特征在于，步骤1进一步包括：
3.根据权利要求1所述的基于传播算子的子空间时差直接定位方法，其特征在于，步骤2进一步包括：
4.根据权利要求1所述的基于传播算子的子空间时差直接定位方法，其特征在于，步骤3进一步包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于传播算子的子空间时差直接定位方法，其特征在于，所述子空间时差直接定位方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于传播算子的子空间时差直接定位方法，其特征在于，步骤1进一步包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：冯高鹏，陆冠峰，
申请(专利权)人：苏州市冠伽安全科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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