CN103018759B - 一种基于场强值的同频多辐射源定位方法 - Google Patents

一种基于场强值的同频多辐射源定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于场强值的同频多辐射源定位方法，属于频谱管理领域，该方法基于车载全向天线所测得的某一频段场强值和GPS测得的经纬度数据。首先将场强数据按测量先后顺序排列，利用小波多分辨率分析剔除路测场强值中由快衰落引起的噪声；然后找到极大值点对应的经纬度坐标；将极大值点用聚类算法划分为不同的区域；最后用Egli模型公式对区域中的每个估计源点与区域内可用已测点进行计算，得到差值数组元素的绝对平均值，确定该区域中的源点位置。本发明为无测向条件下定位，且可靠性较高，在频谱管理领域有广泛的实用价值和应用前景。

Description

一种基于场强值的同频多辐射源定位方法
技术领域
本发明属于无线电监测的技术领域，更特别地说，是利用无方向性的场强值与对应的经纬度坐标数据定位多辐射源的定位方法，该方法有效解决了多径效应及快衰落对定位造成的恶劣影响。
背景技术
随着近来通信技术的高速发展和电磁环境日趋恶化，如何有效地对各种辐射源进行监视控制是电磁环境监测部门亟待解决的难题。对辐射源进行有效监控的前提是确定辐射源的准确位置。目前，实现辐射源定位的主要方法是通过测量辐射信号的方向来实现交叉定位。但由于市区地理环境复杂，高楼林立，电波的绕射和多径传播对传统的测向结果影响很大，难以满足用户的需要。
中国科学技术大学学报于2002年10月第32卷第5期公开了《一种基于GIS和场强测量的辐射源位置估算新方法》，该文中提出了一种基于地理信息系统(geographical information system,GIS)和场强测量的辐射源位置估算方法,讨论了影响定位结果的几种可能因素(电波传播、电波传播模型误差、功率测量误差、地球曲率和介电常数),并给出了实际操作中的具体解决方案。该方法将电波传播模型和地理信息系统结合起来,利用各观测点场强测量的相对值,能有效地降低电波的绕射和多径传播的影响,较准确地实现了辐射源的位置估计。
发明内容
为了在市区复杂电磁环境下实现对辐射源的有效定位，本发明提出一种基于场强值的同频多辐射源定位方法。该方法利用车载全向天线所测得的某一频段场强值和GPS测得的经纬度数据。然后对某一频段场强值采用小波分解及重构消除电播传播快衰落，随后采用聚类方法确定各个辐射源的影响范围，最后在范围内的估计源点应用电波传播模型（Egli模型）计算出车载沿道路所采集点的场强值，并与对应点的测量值相减，求出所有差值的绝对平均值，该绝对平均值最小的估计源点即为最终辐射源位置。从而有效实现了同频多辐射源的定位。
本发明基于场强值的同频多辐射源定位方法的优点在于：
①基于本方法已经实现软件的自动化运算，只需用户给出经纬度坐标以及相应的场强值，即可自动定位出辐射源的位置，为频谱管理工作提供有价值的参考信息。
②本方法利用场强值进行定位，避免使用昂贵的测向设备造成的高额费用，以及由于市区地理环境复杂,电波的绕射和多径传播对传统的测向结果影响。
③由于建筑物对电波传播有绕射、反射等影响会造成快衰落，本方法利用小波分解再重构平滑部分的方法有效消除了快衰落对场强值剧烈变化的影响。
④聚类算法将整个地区划分出多个可能有辐射源存在的小区域，避免了在多个辐射源在某已测点叠加而造成的辐射源位置误判，实现了同频段多辐射源的定位。
⑤本方法利用Egli模型，并引入偏差补偿，克服了未知辐射源强度、高度等条件的情况无法应用电波传播模型的情况，有效地利用模型进行了辐射源的定位。
附图说明
图1是本发明的一种场强值采集系统的结构框图。
图2是频谱仪采集的瞬时频谱图。
图3是本发明基于场强值的同频多辐射源定位的流程图。
图4是8级小波分解的原理图。
图5是小波处理和极大值选取的效果图。
图6是估计辐射源位置直线与已测点路径示意图。
图7是路测场强值、极大值点和辐射源定位结果。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示的车载移动电磁频谱监测系统的结构框图，该车载移动电磁频谱监测系统包括有移动平台（可以是汽车、移动载体）、全向天线、频谱分析仪、GPS接收仪和计算机（计算机内安装有同频多辐射源定位策略TPDW，采用软件编程得到），全向天线安装在移动平台的壳体上方，频谱分析仪、GPS接收仪和计算机安装在移动平台的壳体内。
全向天线用于实时把电磁环境中30MHz～1GHz的电滋波转换为高频电流A输出给频谱分析仪。
频谱分析仪用于实时对接收到的所述高频电流A进行频率分量分析，得到在每个采样时刻Ta下频率为80MHz～1GHz、频率递增步长为2MHz的电磁场强信息
Figure BDA00002452008300021
Ta中的a表示采样时刻的标识号，一般Ta的取值为1秒；频谱分析仪输出的频率与幅度的关系图2所示。
在本发明中，第1个采样时刻记为T1，则T1采样时刻下的电磁场强信息记为
Figure BDA00002452008300023
表示在T1采样时刻、80MHz条件下的电磁场强值；
Figure BDA00002452008300024
表示在T1采样时刻、82MHz条件下的电磁场强值；……；
Figure BDA00002452008300025
表示在T1采样时刻、1GHz条件下的电磁场强值，单位为dB；在频率递增步长为2MHz时b为461。同理可得：
在本发明中，第2个采样时刻记为T2，则T2采样时刻下的电磁场强信息记为
Figure BDA00002452008300026
Figure BDA00002452008300027
表示在T2采样时刻、80MHz条件下的电磁场强值；
Figure BDA00002452008300031
表示在T2采样时刻、82MHz条件下的电磁场强值；……；
Figure BDA00002452008300032
表示在T2采样时刻、1GHz条件下的电磁场强值，单位为dB；在频率递增步长为2MHz时b为461。同理可得：
在本发明中，第a个采样时刻记为Ta，则Ta采样时刻下的电磁场强信息记为
Figure BDA00002452008300034
表示在Ta采样时刻、80MHz条件下的电磁场强值；
Figure BDA00002452008300035
表示在Ta采样时刻、82MHz条件下的电磁场强值；……；
Figure BDA00002452008300036
表示在Ta采样时刻、1GHz条件下的电磁场强值，单位为dB；在频率递增步长为2MHz时b为461。为了方便说明，采样时刻Ta下的电磁场强信息
Figure BDA00002452008300037
也称为任意一采样时刻Ta下的电磁场强信息 E T a = { e 1 T a , e 2 T a , · · · , e b T a } .
GPS接收仪用于采集电磁环境中在采样时刻Ta下的经纬度坐标
Figure BDA00002452008300039
（简称为采集点位置
Figure BDA000024520083000310
）；该采集点位置
Figure BDA000024520083000311
也是测量点位置。X表示经度值，Y表示纬度值。两个采集点位置分别记为起始点测量位置
Figure BDA000024520083000312
终止点测量位置
Figure BDA000024520083000313
计算机对接收到的采集时间T＝T结束-T开始内的电磁场强信息
Figure BDA000024520083000314
和采集点位置 W = { W T 1 ( X , Y ) , W T 2 ( X , Y ) , · · · , W T a ( X , Y ) } 进行同频多辐射源定位策略TPDW处理，得到辐射源在地理环境中的位置S(X,Y)（简称为辐射源位置S(X,Y)）。对于辐射源位置S(X,Y)的个数是本发明需要解决的问题，因此辐射源位置S(X,Y)可以表示为St(X,Y)，t表示辐射源所在区域REGt的标识号。
在本发明中，计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。最低配置为CPU 2GHz，内存2GB，硬盘30GB；操作系统为windows2000/2003/XP/Win7。计算机内采用MATLAB(版本号2011a)软件编程得到同频多辐射源定位策略TPDW。
全向天线选用施瓦茨贝克公司生产的型号为SB9113B（30MHz-3GHz）天线。
频谱分析仪选用安捷伦N9340B频谱仪（100k～3GHz）。
GPS接收仪选用HOLUX公司GR-213。
本发明的一种基于场强值的同频多辐射源定位方法，包括以下步骤：
步骤一：路测场强信号快衰落噪声的消除；
（A）从电磁场强信息
Figure BDA000024520083000316
中选取电视广播北京卫视业务频段（790～798MHz）的部分，记为待处理频段场强值 E TV = { TVE T 1 , TVE T 2 , · · · , TVE T a } ;
所述待处理频段场强值 E TV = { TVE T 1 , TVE T 2 , · · · , TVE T a } 中的
Figure BDA000024520083000319
表示电视广播北京卫视业务频段内在采样时刻T1下的场强值，
Figure BDA00002452008300041
表示电视广播北京卫视业务频段内在采样时刻T2下的场强值，表示电视广播北京卫视业务频段内在采样时刻Ta下的场强值。
（B）选取出
Figure BDA00002452008300043
中的每个采样时刻Ta下的最大场强值 TVEM = { EM T 1 , EM T 2 , · · · , EM T a } ;
所述最大场强值 TVEM = { EM T 1 , EM T 2 , · · · , EM T a } 中的表示在电视广播北京卫视业务频段内且在采样时刻T1下的最大场强值，
Figure BDA00002452008300047
表示在电视广播北京卫视业务频段内且在采样时刻T2下的最大场强值，
Figure BDA00002452008300048
表示在电视广播北京卫视业务频段内且在采样时刻Ta下的最大场强值。
（C）将最大场强值
Figure BDA00002452008300049
用dB5小波Mallat算法8级分解，分别得到低频分量和高频分量；
其中，第一个低频分量记为Ca1、第二个低频分量记为Ca2、第三个低频分量记为Ca3、第四个低频分量记为Ca4、第五个低频分量记为Ca5、第六个低频分量记为Ca6、第七个低频分量记为Ca7、第八个低频分量记为Ca8。
其中，第一个高频分量记为Cd1、第二个高频分量记为Cd2、第三个高频分量记为Cd3、第四个高频分量记为Cd4、第五个高频分量记为Cd5、第六个高频分量记为Cd6、第七个高频分量记为Cd7、第八个高频分量记为Cd8。
在本发明中，对于场强值用dB5小波Mallat算法的8级分解的分解方式可以参考如图4所示的8级分解示意图。
（D）采用小波Mallat重构方法对第八个低频分量Ca8和第八个高频分量Cd8进行重构，得到去噪场强值Edno。
所述去噪场强值 E dno = { DNE T 1 , DNE T 2 , · · · , DNE T a } 中表示重构后采样时刻T1下的场强值，
Figure BDA000024520083000412
表示重构后采样时刻T2下的场强值，
Figure BDA000024520083000413
表示重构后采样时刻Ta下的场强值。
在本发明中，采用dB5小波8级分解和小波重构能够去除电磁场强信息
Figure BDA000024520083000414
中的噪声，即剔除了由电波多径传播等原因引起的电波传播快衰落噪声。
步骤二：极值点的选取；
（A）从所述去噪场强值
Figure BDA000024520083000415
中选取出场强值的极大值点Pmax＝{Bp1,Bp2,…,Bpi}，其中Bpi＝[EBpi;WBpi]，i表示极大值点的标识号；
（B）从所述去噪场强值
Figure BDA00002452008300051
中选取出场强值的极小值点Pmin＝{Sp1,Sp2,…,Spj}，其中Spj＝[ESpj;WSpj]，j表示极小值点的标识号；
在本发明中，所述极大值点Pmax＝{Bp1,Bp2,…,Bpi}中的Bp1表示
Figure BDA00002452008300052
中的第一个极大值点，Bp2表示
Figure BDA00002452008300053
中的第二个极大值点，Bpi表示
Figure BDA00002452008300054
中的最后一个极大值点（也称为任意一个极大值点）；
在本发明中，所述Bpi＝[EBpi;WBpi]中的EBpi表示第i个极大值点Bpi的大小，WBpi表示第i个极大值点Bpi在
Figure BDA00002452008300055
中对应点的顺序号，简称为极大值点顺序号；
在本发明中，所述极小值点Pmin＝{Sp1,Sp2,…,Spj}中的Sp1表示
Figure BDA00002452008300056
中的第一个极小值点，Sp2表示
Figure BDA00002452008300057
中的第二个极小值点，Spj表示
Figure BDA00002452008300058
中的最后一个极小值点（也称为任意一个极小值点）；
在本发明中，所述Spj＝[ESpj;WSpj]中的ESpj表示第j个极大值点Spj的大小，WSpj表示第j个极大值点Spj在
Figure BDA00002452008300059
中对应点的顺序号，简称为极小值点顺序号。
（C）依据极大值点顺序号WBpi和极小值点顺序号WSpj从小到大对极大值点Pmax＝{Bp1,Bp2,…,Bpi}和极小值点Pmin＝{Sp1,Sp2,…,Spj}进行排列，得到待处理极值点序列P＝{p1,p2,…,p(i+j)},其中p(i+j)＝[Ep(i+j);Sp(i+j);BS(i+j)]。
在本发明中，所述P＝{p1，p2,…,p(i+j)}中p1表示中的第一个极值点，p2表示
Figure BDA000024520083000511
中的第二个极值点，p(i+j)表示
Figure BDA000024520083000512
中的最后一个极值点（也称为任意一个极值点），i+j表示极值点的标识号；
在本发明中，所述p(i+j)＝[Ep(i+j);Sp(i+j);BS(i+j)]中Ep(i+j)表示第(i+j)个极值点p(i+j)的幅值，Sp(i+j)表示第(i+j)个极值点p(i+j)在
Figure BDA000024520083000513
中对应点的顺序号，简称为极值点顺序号，BS(i+j)表示第(i+j)个极值点p(i+j)的是极大值（赋值为1）还是极小值（赋值为-1）；
（D）求出极值点序列P＝{p1,p2,…,p(i+j)}中每一对相邻极值点p(i+j)与p(i+j+1)的幅值之差的绝对值Cha(i+j)＝|Ep(i+j+1)-Ep(i+j)|，找出所有这些绝对值中的最小值MCha，简称为最小值，若所述最小值MCha小于等于2，则删除这一对相邻极值点p(i+j)与p(i+j+1)，得到更新后的极值点序列NEWP＝{p1,p2,…,p(i+j)}；
（E）重复步骤D，直到（D）所述最小值MCha大于2时停止，得到最终合理的极值点序列HP＝{Hp1,Hp2,…,Hpm}，简称为合理极值点序列，其中Hpm＝[HEpm;HSpm;HBSm]，m表示合理极值点的标识号，这样便剔除了由于小波算法未能成功消除的部分电波传播快衰落引起的不合理极值点。
在本发明中，所述HP＝{Hp1,Hp2,…,Hpm}中Hp1表示
Figure BDA00002452008300061
中的第一个合理极值点，Hp2表示
Figure BDA00002452008300062
中的第二个合理极值点，Hpm表示
Figure BDA00002452008300063
中的最后一个合理极值点（也称为任意一个极大值点）；
在本发明中，所述Hpm＝[HEpm;HSpm;HBSm]中HEpm表示第m个极值点Hpm的幅值，HSpm表示第m个极值点Hpm在
Figure BDA00002452008300064
中对应点的顺序号，简称为极值点顺序号，HBSm表示第m个极值点Hpm的是极大值还是极小值。若Hpm为极大值，则赋值为1；若Hpm为极小值，则赋值为-1。
步骤三：极大值点的聚类；
（A）在本发明中，依据经纬度坐标计算两点间距离可得，起始点测量位置
Figure BDA00002452008300065
与终止点测量位置
Figure BDA00002452008300066
之间的距离为：
Ddegrees＝acos[cos(Ys)×cos(Ye)×
，
cos(Xe-Xs)+sin(Ys)×sin(Ye)]
D meters = D degrees × π 180 × 6378100 ; 其中：
Ddegrees表示两点间相对于地球中心的夹角，单位为度；
Dmeters表示由经纬度坐标计算所得的两点间距离，单位为m；
Ys表示起始点纬度；
Ye表示终止点纬度；
Xs表示起始点经度；
Xe表示终止点经度；
（B）根据所述合理极值点Hpm＝[HEpm;HSpm;HBSm]中的HBSm值为1的是极大值点，从合理极值点序列HP＝{Hp1,Hp2,…,Hpm}中取出极大值点序列BHP＝{BHp1,BHp2,…,BHpm},其中BHpm＝[BHEpm;BHSpm]。
所述BHP＝{BHp1,BHp2,…,BHpm}中BHp1表示
Figure BDA00002452008300071
中的第一个合理极大值点，BHp2表示
Figure BDA00002452008300072
中的第二个合理极大值点，BHpm表示
Figure BDA00002452008300073
中的最后一个合理极大值点（也称为任意一个极大值点），m为合理极大值点的标识号；
所述BHpm＝[BHEpm;BHSpm]中BHEpm表示第m个极值点BHpm的幅值，BHSpm表示第m个极值点BHpm在
Figure BDA00002452008300074
中对应点的顺序号；
（C）对合理极大值点序列BHP＝{BHp1,BHp2,…,BHpm}中所有BHpm在 E dno = { DNE T 1 , DNE T 2 , · · · , DNE T a } 中对应点的测量点位置进行距离聚类分析，即是将各测量点位置的间距Dmeters小于4千米的合理极大值点归为一类，得到一个合理极大值类的集合oldCLASS＝{class1,class2,…,classt}。若某个类classt内只有一个合理极大值点BHpm，则判断该合理极大值点BHpm的去噪场强值
Figure BDA00002452008300078
的大小，若比所有去噪场强值中的最大值MAXEdno小10dB，则认为该合理极大值点BHpm附近没有辐射源，删除该极大值点BHpm的类，得到更新后的类集合CLASS＝{class1,class2,…,classt}。
所述合理极大值类的集合CLASS＝{class1,class2,…,classt}中class1表示第一个合理极大值类，class2表示第二个合理极大值类，classt表示第t个合理极大值类，t表示合理极大值类的标识号。
归到类classt的合理极大值点序列记为
Figure BDA000024520083000710
其中 BH p n t = [ BHE p n t ; BHS p n t ] .
所述 BHP t = { BHp 1 t , BHp 2 t , · · · , BHp n t } 中
Figure BDA000024520083000713
表示BHP＝{BHp1,BHp2,…,BHpm}中属于类classt的第一个合理极大值点，
Figure BDA000024520083000714
表示BHP＝{BHp1,BHp2,…,BHpm}中属于类classt的第二个合理极大值点，
Figure BDA000024520083000715
表示BHP＝{BHp1,BHp2,…,BHpm}中属于类classt的最后一个合理极大值点（也称为任意一个极大值点），n为合理极大值点的标识号。
所述
Figure BDA000024520083000716
中
Figure BDA000024520083000717
表示第n个极值点
Figure BDA000024520083000718
的幅值，
Figure BDA000024520083000719
表示第n个极值点
Figure BDA000024520083000720
在 E dno = { DNE T 1 , DNE T 2 , · · · , DNE T a } 中对应点的顺序号，简称为合理极大值点顺序号。
由于辐射源附近的场强值是较大的，因此在本发明定位干扰源时只需要利用极大值点初步划定辐射源的覆盖范围，而不用到极小值点。如图5所示的场强最大值点的选取。
步骤四：确定各个类的有效测量点和类的区域范围；
（A）取出classt类中的第一个合理极大值点BHpm，并查出BHpm对应在去噪场强值序列
Figure BDA00002452008300081
中的测量点所对应的场强值，并找出该场强值向左右两边衰减2dB的场强值，并记录下向左衰减2dB的场强值序号，记为左顺序号zuo1，向右衰减2dB的场强值序号，记为右顺序号you1；
取出classt类中的第二个合理极大值点BHpm，并查出BHpm对应在去噪场强值序列
Figure BDA00002452008300082
中的测量点所对应的场强值，并找出该场强值向左右两边衰减2dB的场强值，并记录下向左衰减2dB的场强值序号，记为左顺序号zuo2，向右衰减2dB的场强值序号，记为右顺序号you2；
取出classt类中的第g个合理极大值点BHpm，并查出BHpm对应在去噪场强值序列
Figure BDA00002452008300083
中的测量点所对应的场强值，并找出该场强值向左右两边衰减2dB的场强值，并记录下向左衰减2dB的场强值序号，记为左顺序号zuog，向右衰减2dB的场强值序号，记为右顺序号youg；
由此可以可到左顺序号序列ZUO＝{zuo1,zuo2,…,zuog}和右顺序号序列YOU＝{you1，you2,…,youg}。
（B）取出去噪场强值序列
Figure BDA00002452008300084
中左顺序号zuo1和右顺序号you1之间、左顺序号zuo2和右顺序号you2之间、…、左顺序号zuog和右顺序号youg之间的所有去噪场强值得到有效测量点序列
Figure BDA00002452008300086
其中有效测量点
Figure BDA00002452008300087
t表示合理极大值类的标识号。
所述中
Figure BDA00002452008300089
表示类classt中第一个有效测量点，表示类classt中第二个有效测量点，表示类classt中最后一个有效测量点（也称为类classt中任一有效测量点），u表示有效测量点的标识号；
所述
Figure BDA000024520083000812
表示类classt中第u个有效测量点
Figure BDA000024520083000813
的幅值，
Figure BDA000024520083000814
表示第u个有效测量点
Figure BDA000024520083000815
在 E dno = { DNE T 1 , DNE T 2 , · · · , DNE T a } 中对应点的顺序号。
（C）作一个面积最小且正好能包围对类classt的有效测量点序列
Figure BDA00002452008300091
中所有测量点的矩形，将这一矩形作为这个类classt的区域REGt，并认为这个区域REGt内有且只有一个辐射源St(X,Y)。判断该矩形区域REGt的长和宽，若较短的宽边小于2000米，则将区域矩形的宽扩展至2000米，并保持矩形中心不变。
步骤五：判断各个区域内源点的可能所在位置；
根据电波传播原理，离辐射源近的地方场强值较大。故辐射源最有可能位于过极大值点且与公路垂直的直线上，如图6所示。故对于每一个类classt，在该类classt的区域REGt内，对每个合理极大值点BHpm，作一条过该点并垂直于该点所在测量点轨迹的直线，在该直线上以合理极大值点BHpm为初始位置，以400米为步长向直线两端取坐标点。在该区域所有合理极大值点BHpm对应直线上取得的坐标点序列作为估计源点 SMAY t = { SMA Y 1 t ( X , Y ) , SMAY 2 t ( X , Y ) , · · · , SMAY q t ( X , Y ) } .
所述 SMAY t = { SMA Y 1 t ( X , Y ) , SMAY 2 t ( X , Y ) , · · · , SMAY q t ( X , Y ) } 中
Figure BDA00002452008300094
表示区域REGt内第一个估计源点，
Figure BDA00002452008300095
表示区域REGt内第一个估计源点，
Figure BDA00002452008300096
表示区域REGt内最后一个估计源点（也称为任意一个估计源点），q为估计源点的标识号。
步骤六：用估计源点与电波模型计算有效已测点场强；
本发明利用适合解决市区无线电辐射源位置估计的Egli模型的经验公式，根据类classt的区域REGt内的某一特定估计源点
Figure BDA00002452008300097
计算得到该类classt的所有有效测量点
Figure BDA00002452008300098
所在地理位置的计算场强值序列 CTEP tq = { CEP 1 tq , CEP 2 tq , · · · , CEP u tq } .
所述 CTEP tq = { CEP 1 tq , CEP 2 tq , · · · , CEP u tq } 中
Figure BDA000024520083000911
表示有效测量点
Figure BDA000024520083000912
所在地理位置的由估计源点
Figure BDA000024520083000913
计算得到的场强值，表示有效测量点
Figure BDA000024520083000915
所在地理位置的由估计源点
Figure BDA000024520083000916
计算得到的场强值，
Figure BDA000024520083000917
表示有效测量点
Figure BDA000024520083000918
所在地理位置的由估计源点
Figure BDA000024520083000919
计算得到的场强值（ CTEP tq = { CEP 1 tq , CEP 2 tq , · · · , CEP u tq } 与
Figure BDA000024520083000921
中的点是一一对应的），u表示有效测量点的标识号，tq表示计算场强值序列属于该区域REGt中的估计源点 SMAY q t ( X , Y ) ;
Egli其模型由频率为40MHz～1GHz,距离在50km以内的经验公式和修正曲线组成。用一个校正因数Yin表示本发明无法得到的参数，则其经验公式可改写为Pr＝Yin-40lgd，其中d代表估计源点与已测点的距离，单位为km。
由于在上述经验公式中，Pt、ht和hr都是未知量，可将经验重视中的Pt-(78+20lgf-20lght-20lghr)用一个校正因数Yin表示，则经验公式变成了Pr＝Yin-40lgd。
由于电波传播较近距离时经验公式的误差较小，故此处认为类classt的合理极大值点
Figure BDA00002452008300101
中幅值
Figure BDA00002452008300102
最大的点MBPt处的计算场强值MBCEt与该点处的测量值
Figure BDA00002452008300103
（记为MBMEt）相等，即误差为0。则类classt的区域REGt中估计源点
Figure BDA00002452008300104
的校正参数 Yi n q t = MBM E t - MBC E t .
因此由类classt的区域REGt内的估计源点
Figure BDA00002452008300106
的场强值计算该类classt中有效测量点
Figure BDA00002452008300107
所在地理位置的计算场强值的具体公式为： CEP u tq = Yin q t - 40 lg D qu t .
式中
Figure BDA00002452008300109
为区域REGt中估计源点
Figure BDA000024520083001010
与有效测量点
Figure BDA000024520083001011
的距离，单位为m。
同理，将区域REGt中所有估计源点 SMAY t = { SMA Y 1 t ( X , Y ) , SMAY 2 t ( X , Y ) , · · · , SMAY q t ( X , Y ) } 都进行步骤六上述运算，即可得到每个估计源点各自对应的计算场强值序列 CTEP t 1 = { CEP 1 t 1 , CEP 2 t 1 , · · · , CEP u t 1 } , CTEP t 2 = { CEP 1 t 2 , CEP 2 t 2 , · · · , CEP u t 2 } , · · · , CTEP tq = { CEP 1 tq , CEP 2 tq , · · · , CEP u tq } .
步骤七：比较区域内有效测量点的计算值与测量值，确定源点位置；
（A）将区域REGt内的某一特定估计源点
Figure BDA000024520083001016
计算得到的计算场强值序列
Figure BDA000024520083001017
与有效测量点序列
Figure BDA000024520083001018
中一一对应的点作如下运算得到绝对差值平均值
Figure BDA000024520083001019
即
CU q t = ( | CEP 1 tq - UEP 1 t | + | CEP 2 tq - UEP 2 t | + · · · + | CEP u tq - UEP u t | ) u
将区域REGt中所有估计源点 SMAY t = { SMA Y 1 t ( X , Y ) , SMAY 2 t ( X , Y ) , · · · , SMAY q t ( X , Y ) } 都作步骤七以上运算，将得到 SMAY t = { SMA Y 1 t ( X , Y ) , SMAY 2 t ( X , Y ) , · · · , SMAY q t ( X , Y ) } 对应的绝对差值平均值序列 CU A t = { C U 1 t , CU 2 t , · · · , CU q t } .
所述
Figure BDA000024520083001024
中
Figure BDA000024520083001025
表示区域REGt内的第一个定估计源点计算得到绝对差值平均值，
Figure BDA000024520083001027
表示区域REGt内的第二个定估计源点
Figure BDA000024520083001028
计算得到绝对差值平均值，
Figure BDA000024520083001029
表示区域REGt内的最后一个定估计源点
Figure BDA00002452008300111
计算得到绝对差值平均值（也称为任意一个定估计源点
Figure BDA00002452008300112
计算得到绝对差值平均值），t、q为绝对差值平均值的标识号，t表示该绝对差值平均值序列
Figure BDA00002452008300113
属于区域REGt，q表示该绝对差值平均值序列 CU A t = { C U 1 t , CU 2 t , · · · , CU q t } 属于估计源点
Figure BDA00002452008300115
(B)找到绝对差值平均值序列
Figure BDA00002452008300116
中最小的
Figure BDA00002452008300117
对应 SMAY t = { SMA Y 1 t ( X , Y ) , SMAY 2 t ( X , Y ) , · · · , SMAY q t ( X , Y ) } 中的估计源点则该估计源点
Figure BDA000024520083001110
所在地理位置就是该区域REGt内的辐射源位置St(X，Y)。
在本发明中，对类CLASS＝{class1，class2，…，classt}中的所有类class1，class2，…，classt都进行以上步骤四～步骤七运算，则每个将得到一一对应的辐射源位置S1(X，Y)，S2(X，Y)，…，St(X，Y)。
本实例辐射源定位通过本发明算法的自动化运算，定位出三个辐射源，定位结果与实际情况相符，平均误差为393米，标准差为135米。如图6、图7所示，环形轨迹为城市道路测得的场强值在其经纬度坐标点的显示，小方点为路径上的极大值点，圆形点为最终定位出的辐射源点。

Claims (1)

1.一种基于场强值的同频多辐射源定位方法，其特征在于包括有下列步骤： 
步骤一：路测场强信号快衰落噪声的消除； 
（A）从电磁场强信息
Figure FDA0000465536120000011
中选取电视广播业务频段790～798MHz的部分，记为待处理频段场强值
Figure FDA0000465536120000012
所述待处理频段场强值
Figure FDA0000465536120000013
中的
Figure FDA0000465536120000014
表示电视广播北京卫视业务频段内在采样时刻T1下的场强值，
Figure FDA0000465536120000015
表示电视广播北京卫视业务频段内在采样时刻T2下的场强值，
Figure FDA0000465536120000016
表示电视广播北京卫视业务频段内在采样时刻Ta下的场强值； 
（B）选取出
Figure FDA0000465536120000017
中的每个采样时刻Ta下的最大场强值
Figure FDA0000465536120000018
所述最大场强值
Figure FDA0000465536120000019
中的表示在电视广播北京卫视业务频段内且在采样时刻T1下的最大场强值，
Figure FDA00004655361200000111
表示在电视广播北京卫视业务频段内且在采样时刻T2下的最大场强值，
Figure FDA00004655361200000112
表示在电视广播北京卫视业务频段内且在采样时刻Ta下的最大场强值； 
（C）将最大场强值用dB5小波Mallat算法8级分解，分别得到低频分量和高频分量； 
其中，第一个低频分量记为Ca1、第二个低频分量记为Ca2、第三个低频分量记为Ca3、第四个低频分量记为Ca4、第五个低频分量记为Ca5、第六个低频分量记为Ca6、第七个低频分量记为Ca7、第八个低频分量记为Ca8； 
其中，第一个高频分量记为Cd1、第二个高频分量记为Cd2、第三个高频分量记为Cd3、第四个高频分量记为Cd4、第五个高频分量记为Cd5、第六个高频分量记为Cd6、第七个高频分量记为Cd7、第八个高频分量记为Cd8； 
（D）采用小波Mallat重构方法对第八个低频分量Ca8和第八个高频分量Cd8进行重构，得到去噪场强值Edno； 
所述去噪场强值
Figure FDA00004655361200000114
中
Figure FDA00004655361200000115
表示重构后采样时刻T1下的场强值，
Figure FDA00004655361200000116
表示重构后采样时刻T2下的场强值， 
Figure FDA00004655361200000117
表示重构后采样时刻Ta下的场强值； 
步骤二：极值点的选取； 
（A）从所述去噪场强值
Figure FDA0000465536120000021
中选取出场强值的极大值点Pmax＝{Bp1,Bp2,…,Bpi}，其中Bpi＝[EBpi;WBpi]，i表示极大值点的标识号； 
（B）从所述去噪场强值
Figure FDA0000465536120000022
中选取出场强值的极小值点Pmin＝{Sp1,Sp2,…,Spj}，其中Spj＝[ESpj;WSpj]，j表示极小值点的标识号； 
所述极大值点Pmax＝{Bp1,Bp2,…,Bpi}中的Bp1表示 中的第一个极大值点，Bp2表示 
Figure FDA0000465536120000024
中的第二个极大值点，Bpi表示 
Figure FDA0000465536120000025
中的任意一个极大值点； 
所述Bpi＝[EBpi;WBpi]中的EBpi表示第i个极大值点Bpi的大小，WBpi表示第i个极大值点Bpi在
Figure FDA0000465536120000026
中对应点的顺序号，简称为极大值点顺序号； 
所述极小值点Pmin＝{Sp1,Sp2,…,Spj}中的Sp1表示 
Figure FDA0000465536120000027
中的第一个极小值点，Sp2表示 
Figure FDA0000465536120000028
中的第二个极小值点，Spj表示 
Figure FDA0000465536120000029
中的任意一个极小值点； 
所述Spj＝[ESpj;WSpj]中的ESpj表示第j个极大值点Spj的大小，WSpj表示第j个极大值点Spj在
Figure FDA00004655361200000210
中对应点的顺序号，简称为极小值点顺序号； 
（C）依据极大值点顺序号WBpi和极小值点顺序号WSpj从小到大对极大值点Pmax＝{Bp1,Bp2,…,Bpi}和极小值点Pmin＝{Sp1,Sp2,…,Spj}进行排列，得到待处理极值点序列P＝{p1,p2,…,p(i+j)},其中p(i+j)＝[Ep(i+j);Sp(i+j);BS(i+j)]； 
所述P＝{p1,p2,…,p(i+j)}中p1表示
Figure FDA00004655361200000211
中的第一个极值点，p2表示
Figure FDA00004655361200000212
中的第二个极值点，p(i+j)表示
Figure FDA00004655361200000213
中的任意一个极值点，i+j表示极值点的标识号； 
所述p(i+j)＝[Ep(i+j);Sp(i+j);BS(i+j)]中Ep(i+j)表示第(i+j)个极值点p(i+j)的幅值，Sp(i+j)表示第(i+j)个极值点p(i+j)在中对应点的顺序号，简称为极值点顺序号，BS(i+j)表示第(i+j)个极值点p(i+j) 的是极大值还是极小值； 
（D）求出极值点序列P＝{p1,p2,…,p(i+j)}中每一对相邻极值点p(i+j)与p(i+j+1)的幅值之差的绝对值Cha(i+j)＝|Ep(i+j+1)-Ep(i+j)|，找出所有这些绝对值中的最小值MCha，简称为最小值，若所述最小值MCha小于等于2，则删除这一对相邻极值点p(i+j)与p(i+j+1)，得到更新后的极值点序列NEWP＝{p1,p2,…,p(i+j)}； 
（E）重复步骤D，直到（D）所述最小值MCha大于2时停止，得到最终合理的极值点序列HP＝{Hp1,Hp2,…,Hpm}，简称为合理极值点序列，其中Hpm＝[HEpm;HSpm;HBSm]，m表示合理极值点的标识号，这样便剔除了由于小波算法未能成功消除的部分电波传播快衰落引起的不合理极值点； 
所述HP＝{Hp1,Hp2,…,Hpm}中Hp1表示
Figure FDA0000465536120000031
中的第一个合理极值点，Hp2表示中的第二个合理极值点，Hpm表示
Figure FDA0000465536120000033
中的任意一个极大值点； 
所述Hpm＝[HEpm;HSpm;HBSm]中HEpm表示第m个极值点Hpm的幅值，HSpm表示第m个极值点Hpm在中对应点的顺序号，简称为极值点顺序号，HBSm表示第m个极值点Hpm的是极大值还是极小值；若Hpm为极大值，则赋值为1；若Hpm为极小值，则赋值为-1； 
步骤三：极大值点的聚类； 
（A）依据经纬度坐标计算两点间距离可得，起始点测量位置 
Figure FDA0000465536120000035
与终止点测量位置
Figure FDA0000465536120000036
之间的距离为： 
Ddegrees＝acos[cos(Ys)×cos(Ye)× 
cos(Xe-Xs)+sin(Ys)×sin(Ye)]， 
Figure FDA0000465536120000037
其中： 
Ddegrees表示两点间相对于地球中心的夹角，单位为度； 
Dmeters表示由经纬度坐标计算所得的两点间距离，单位为m； 
Ys表示起始点纬度； 
Ye表示终止点纬度； 
Xs表示起始点经度； 
Xe表示终止点经度； 
（B）根据所述合理极值点Hpm＝[HEpm;HSpm;HBSm]中的HBSm值为1的是极大值点，从合理极值点序列HP＝{Hp1,Hp2,…,Hpm}中取出极大值点序 列
Figure FDA0000465536120000041
其中BHpm＝[BHEpm;BHSpm]； 
所述BHP＝{BHp1,BHp2,…,BHpm}中BHp1表示 
Figure FDA0000465536120000042
中的第一个合理极大值点，BHp2表示 
Figure FDA0000465536120000043
中的第二个合理极大值点，BHpm表示 
Figure FDA0000465536120000044
中的任意一个极大值点，m为合理极大值点的标识号； 
所述BHpm＝[BHEpm;BHSpm]中BHEpm表示第m个极值点BHpm的幅值，BHSpm表示第m个极值点BHpm在
Figure FDA0000465536120000045
中对应点的顺序号； 
（C）对合理极大值点序列
Figure FDA0000465536120000046
中所有BHpm在 中对应点的测量点位置
Figure FDA0000465536120000048
进行距离聚类分析，即是将各测量点位置
Figure FDA0000465536120000049
的间距Dmeters小于4千米的合理极大值点归为一类，得到一个合理极大值类的集合oldCLASS＝{class1,class2,…,classt}；若某个类classt内只有一个合理极大值点BHpm，则判断该合理极大值点BHpm的去噪场强值
Figure FDA00004655361200000410
的大小，若比所有去噪场强值
Figure FDA00004655361200000411
中的最大值MAXEdno小10dB，则认为该合理极大值点BHpm附近没有辐射源，删除该极大值点BHpm的类，得到更新后的类集合CLASS＝{class1,class2,…,classt}； 
所述合理极大值类的集合CLASS＝{class1,class2,…,classt}中class1表示第一个合理极大值类，class2表示第二个合理极大值类，classt表示第t个合理极大值类，t表示合理极大值类的标识号； 
归到类classt的合理极大值点序列记为
Figure FDA00004655361200000412
其中
所述中
Figure FDA00004655361200000415
表示BHP＝{BHp1,BHp2,…,BHpm}中属于类classt的第一个合理极大值点，
Figure FDA00004655361200000416
表示BHP＝{BHp1,BHp2,…,BHpm}中属于类classt的第二个合理极大值点，
Figure FDA00004655361200000417
表示BHP＝{BHp1,BHp2,…,BHpm}中属于类classt的最后一个合理极大值点（也称为任意一个极大值点），n为合理极大值点的标识号； 
所述
Figure FDA00004655361200000418
中表示第n个极值点的幅值， 
Figure FDA00004655361200000421
表示第n个极值点
Figure FDA00004655361200000422
在
Figure FDA00004655361200000423
中对应点的顺序号，简称为合理极大值点顺序号； 
步骤四：确定各个类的有效测量点和类的区域范围； 
（A）取出classt类中的第一个合理极大值点BHpm，并查出BHpm对应 在去噪场强值序列中的测量点所对应的场强值，并找出该场强值向左右两边衰减2dB的场强值，并记录下向左衰减2dB的场强值序号，记为左顺序号zuo1，向右衰减2dB的场强值序号，记为右顺序号you1； 
取出classt类中的第二个合理极大值点BHpm，并查出BHpm对应在去噪场强值序列
Figure FDA0000465536120000052
中的测量点所对应的场强值，并找出该场强值向左右两边衰减2dB的场强值，并记录下向左衰减2dB的场强值序号，记为左顺序号zuo2，向右衰减2dB的场强值序号，记为右顺序号you2； 
取出classt类中的第g个合理极大值点BHpm，并查出BHpm对应在去噪场强值序列
Figure FDA0000465536120000053
中的测量点所对应的场强值，并找出该场强值向左右两边衰减2dB的场强值，并记录下向左衰减2dB的场强值序号，记为左顺序号zuog，向右衰减2dB的场强值序号，记为右顺序号youg； 
由此，左顺序号序列记为ZUO＝{zuo1,zuo2,…,zuog}和右顺序号序列记为YOU＝{you1,you2,…,youg}； 
（B）取出去噪场强值序列
Figure FDA0000465536120000054
中左顺序号zuo1和右顺序号you1之间、左顺序号zuo2和右顺序号you2之间、…、左顺序号zuog和右顺序号youg之间的所有去噪场强值
Figure FDA00004655361200000518
得到有效测量点序列
Figure FDA0000465536120000055
其中有效测量点 
Figure FDA0000465536120000056
t表示合理极大值类的标识号； 
所述
Figure FDA0000465536120000057
中
Figure FDA0000465536120000058
表示类classt中第一个有效测量点，
Figure FDA0000465536120000059
表示类classt中第二个有效测量点，表示类classt中最后一个有效测量点，也称为类classt中任一有效测量点，u表示有效测量点的标识号； 
所述
Figure FDA00004655361200000511
中
Figure FDA00004655361200000512
表示类classt中第u个有效测量点
Figure FDA00004655361200000513
的幅值，
Figure FDA00004655361200000514
表示第u个有效测量点
Figure FDA00004655361200000515
在 中对应点的顺序号； 
（C）作一个面积最小且正好能包围对类classt的有效测量点序列 
Figure FDA00004655361200000517
中所有测量点的矩形，将这一矩形作为这个类classt的区域REGt，并认为这个区域REGt内有且只有一个辐射源St(X,Y)；判断该矩形区域REGt的长和宽，若较短的宽边小于2000米，则 将区域矩形的宽扩展至2000米，并保持矩形中心不变； 
步骤五：判断各个区域内源点的可能所在位置； 
对于每一个类classt，在该类classt的区域REGt内，对每个合理极大值点BHpm，作一条过该点并垂直于该点所在测量点轨迹的直线，在该直线上以合理极大值点BHpm为初始位置，以400米为步长向直线两端取坐标点；在该区域所有合理极大值点BHpm对应直线上取得的坐标点序列作为估计源点
Figure FDA0000465536120000061
所述中表示区域REGt内第一个估计源点，
Figure FDA0000465536120000064
表示区域REGt内第一个估计源点，
Figure FDA0000465536120000065
表示区域REGt内最后一个估计源点，也称为任意一个估计源点，q为估计源点的标识号； 
步骤六：用估计源点与电波模型计算有效已测点场强； 
利用适合解决市区无线电辐射源位置估计的Egli模型的经验公式，根据类classt的区域REGt内的某一特定估计源点
Figure FDA0000465536120000066
计算得到该类classt的所有有效测量点
Figure FDA0000465536120000067
所在地理位置的计算场强值序列 
Figure FDA0000465536120000068
所述
Figure FDA0000465536120000069
中
Figure FDA00004655361200000610
表示有效测量点
Figure FDA00004655361200000611
所在地理位置的由估计源点
Figure FDA00004655361200000612
计算得到的场强值，
Figure FDA00004655361200000613
表示有效测量点
Figure FDA00004655361200000614
所在地理位置的由估计源点
Figure FDA00004655361200000615
计算得到的场强值
Figure FDA00004655361200000616
表示有效测量点
Figure FDA00004655361200000617
所在地理位置的由估计源点
Figure FDA00004655361200000618
计算得到的场强值，
Figure FDA00004655361200000619
与 
Figure FDA00004655361200000620
中的点是一一对应的，u表示有效测量点的标识号，tq表示计算场强值序列属于该区域REGt中的估计源点 
Figure FDA00004655361200000621
由类classt的区域REGt内的估计源点
Figure FDA00004655361200000622
的场强值计算该类classt中有效测量点所在地理位置的计算场强值的具体公式为： 
Figure FDA00004655361200000624
式中
Figure FDA00004655361200000625
为区域REGt中估计源点
Figure FDA00004655361200000626
与有效测量点的距离，单位为m； 
同理，将区域REGt中所有估计源点 
Figure FDA00004655361200000628
都进行步骤六上述运算，即可得到每个估计源点各自对应的计算场强值序列 
Figure FDA00004655361200000629
Figure FDA0000465536120000071
步骤七：比较区域内有效测量点的计算值与测量值，确定源点位置； 
（A）将区域REGt内的某一特定估计源点
Figure FDA0000465536120000072
计算得到的计算场强值序列
Figure FDA0000465536120000073
与有效测量点序列 
Figure FDA0000465536120000074
中一一对应的点作如下运算得到绝对差值平均值
Figure FDA0000465536120000075
即 
Figure FDA0000465536120000076
将区域REGt中所有估计源点 
Figure FDA0000465536120000077
都作步骤七以上运算，将得到
Figure FDA0000465536120000078
对应的绝对差值平均值序列
Figure FDA0000465536120000079
所述
Figure FDA00004655361200000710
中
Figure FDA00004655361200000711
表示区域REGt内的第一个定估计源点
Figure FDA00004655361200000712
计算得到绝对差值平均值，
Figure FDA00004655361200000713
表示区域REGt内的第二个定估计源点计算得到绝对差值平均值，表示区域REGt内的最后一个定估计源点
Figure FDA00004655361200000716
计算得到绝对差值平均值（也称为任意一个定估计源点计算得到绝对差值平均值），t、q为绝对差值平均值的标识号，t表示该绝对差值平均值序列 
Figure FDA00004655361200000718
属于区域REGt，q表示该绝对差值平均值序列 
Figure FDA00004655361200000719
属于估计源点
（B）找到绝对差值平均值序列中最小的 
Figure FDA00004655361200000722
对应
Figure FDA00004655361200000723
中的估计源点 
Figure FDA00004655361200000724
则该估计源点
Figure FDA00004655361200000725
所在地理位置就是该区域REGt内的辐射源位置St(X,Y)； 
对类CLASS＝{class1,class2,…,classt}中的所有类class1,class2,…,classt都进行以上步骤四～步骤七运算，则每个将得到一一对应的辐射源位置，即S1(X,Y),S2(X,Y),…,St(X,Y)。 
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