CN113406564B - 一种基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法 - Google Patents
一种基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113406564B CN113406564B CN202110605195.2A CN202110605195A CN113406564B CN 113406564 B CN113406564 B CN 113406564B CN 202110605195 A CN202110605195 A CN 202110605195A CN 113406564 B CN113406564 B CN 113406564B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- matrix
- array
- nested
- data
- positioning method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 15
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 14
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 10
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 5
- GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 3-(2-methoxyethoxy)benzohydrazide Chemical compound COCCOC1=CC=CC(C(=O)NN)=C1 GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 3
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims description 2
- YTAHJIFKAKIKAV-XNMGPUDCSA-N [(1R)-3-morpholin-4-yl-1-phenylpropyl] N-[(3S)-2-oxo-5-phenyl-1,3-dihydro-1,4-benzodiazepin-3-yl]carbamate Chemical compound O=C1[C@H](N=C(C2=C(N1)C=CC=C2)C1=CC=CC=C1)NC(O[C@H](CCN1CCOCC1)C1=CC=CC=C1)=O YTAHJIFKAKIKAV-XNMGPUDCSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/0295—Proximity-based methods, e.g. position inferred from reception of particular signals
Abstract
本发明提供了一种基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,获得中频模拟信号,结合目标信源循环频率,获得多组循环协方差矩阵,对循环协方差矩阵进行矩阵矢量化操作,变成数据矢量,根据数据矢量,获得数据矩阵,并进行前向平滑操作,完成解相干操作,根据获得的数据协方差矩阵进行特征值分解,得到噪声子空间矩阵,进行位置搜索获得目标信源位置坐标估计值;最后进行谱峰搜索,得出对目标信源的位置估计。本发明由于采用循环平稳信号的抗干扰性能,利用了嵌套阵提高了算法的自由度,该方法相对于基于均匀阵的循环平稳信号直接定位技术,通过循环协方差矩阵矢量化操作,形成多于物理阵元数目的虚拟均匀阵列,提高算法的定位精度和自由度。
Description
技术领域
本发明涉及无源定位技术领域,尤其是一种信号直接定位方法。
背景技术
直接定位技术是无源定位技术领域的研究热点,现有的直接定位技术主要基于接收信号为未知信号,未利用信号的波形先验信息,在存在干扰信号的条件下,该类模型的定位性能会受到较大影响。
循环平稳特性是大多数通信信号所具有的一种信号特性,利用循环特性可有效地完成干扰的抑制,但现有的利用信号循环平稳特性的直接定位技术均利用均匀阵结构,定位精度和定位自由度受限。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,通过在观测基站中采用嵌套阵的阵列结构,结合目标信源具有的循环平稳特性,不仅保留了循环平稳信号所具有的抗干扰性能,而且提高了模型的定位精度和定位自由度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:
a)在平面的L个不同位置放置观测基站,各观测基站均为M元嵌套阵,第l个观测基站中M元嵌套阵接收信号下变频获得M路中频模拟信号;
b)每个观测基站中,对M路中频模拟信号进行A/D采样,采样深度为N,采样周期为Ts,获得M路中频数字信号;
c)根据步骤0获得的采样数据,结合已知的待定位目标信源循环频率α,选取K个迟滞参数βk获得多组循环协方差矩阵;
d)对步骤0获得的循环协方差矩阵进行矩阵矢量化操作,将M×M维的拉直变成M2×1的数据矢量;
e)根据步骤0获得的数据矢量,获得数据矩阵;
f)根据嵌套阵列的差分阵形成的虚拟均匀线阵对应的阵元位置序号,从阵列观测数据矩阵中选取出对应阵元位置序号的数据行组成新的数据矩阵/>
g)对步骤f)获得的进行前向平滑操作,完成解相干操作;
h)根据步骤g)获得的各子阵的协方差矩阵,获得最终的数据协方差矩阵;
i)对协方差矩阵进行特征值分解,根据已知的待定位目标信号源数目NS,由的mVir-Ns个小特征值对应的特征向量组成Enl;
j)根据噪声子空间矩阵Enl,进行位置搜索,根据谱函数的峰值对应的位置值获得目标信源位置坐标估计值;最后在定位所限定的空间中对上式进行谱峰搜索(二维平面定位即为二维直角坐标空间,一般的三维定位即为三维直角坐标空间,得出对目标信源的位置估计。
所述步骤b)中,M路中频数字信号为:
xl(n)=Als(n)+nl(n)n=1,…,N
式中:
其中si(n)为第i个目标信源的发射信号波形,al(pi)为第l个观测基站关于第i个目标信源的导向矢量,nl(n)为第l个基站的噪声矢量,NS为目标信源数,{·}T表示对矩阵进行转置操作,λ为信号波长,π为圆周率,dm为第m个阵元到参考点的距离。
所述步骤c)多组循环协方差矩阵为:
式中,{·}H表示对矩阵进行共轭转置操作。
所述步骤d)中,数据矢量为:
式中,vec{·}表示对矩阵进行矢量化操作。
所述步骤e)中,数据矩阵为:
所述步骤g)中,解相干操作为:以虚拟均匀线阵数目为MVir,将划分为Q个子矩阵,单个子矩阵的阵元数位mVir,设第q个子阵的协方差矩阵为/>
所述步骤h)中,最终的数据协方差矩阵为:
所述步骤j)中,目标信源位置坐标估计值为:
式中,θp,l表示位置p相对于第l个观测基站的方位角。
本发明的有益效果在于由于采用循环平稳信号的抗干扰性能,利用了嵌套阵提高了算法的自由度,该方法相对于基于均匀阵的循环平稳信号直接定位技术,通过循环协方差矩阵矢量化操作,形成了多于物理阵元数目的虚拟均匀阵列,提高了算法的定位精度和自由度。
附图说明
图1是六阵元嵌套阵阵元分布示意图。
图2是基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法流程图。
图3是虚拟阵元示意图。
图4是子阵划分示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明,本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提出了一种基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,利用循环平稳信号具有的循环平稳特性提高了定位模型的抗干扰性能,同时通过利用各观测基站的嵌套阵结构,提高了定位的自由度和定位精度,本方案采样四个位于平面不同位置的观测基站进行信号接收,各观测基站采用六阵元嵌套阵,六阵元嵌套阵阵元分布示意图如图1所示,目标信号源数为2,过采样率8。
本发明包括以下步骤,流程如图2所示:
步骤一:观测基站在平面四个位置上观测信号,以单个观测基站为例,对6路天线阵列接收到的信号进行低噪声放大,然后经下变频为中频信号,得到6路中频模拟信号;
步骤二:以单个观测基站为例,对6路中频模拟信号进行A/D采样,采样深度为480,获得6路中频数字信号;
步骤三:以单个观测基站为例,将步骤二中的6路中频数字信号进行正交下变频,然后经过Fir数字滤波处理过程,得到6路数字复信号;
步骤四:以单个观测基站为例,选取迟滞参数为0:9(单位:TS),循环频率选取为信号波特率α,目标信源发射信号波特率为已知信息,以单个观测基站为例,根据10组迟滞参数,获得10组循环协方差矩阵
步骤五:以单个观测基站为例,对步骤四获得的循环协方差矩阵进行矩阵矢量化操作,获得10组快拍数据式中,vec{·}表示对矩阵进行矢量化操作;
步骤六:以单个观测基站为例,根据步骤五获得的数据矢量,获得数据矩阵
步骤七:以单个观测基站为例,根据图1中6元嵌套阵的阵元布置,获得虚拟阵元示意图如图3所示,所有位置值为Pvir={±11,±10,±9,±8,±7,±6,±5,±4,±3,±2,±1,0}(单位:d),其中,d=0.5λ,λ为待定位目标信号源发射信号波长;
步骤八:以单个观测基站为例,从步骤七中获得的36个虚拟阵元中,剔除重复的分布于同一位置的虚拟阵元,最终获得23个均匀分布的虚拟阵元,同样地,根据23个虚拟阵元所对应的序号,从阵列观测数据矩阵中选取出Pvir所对应的数据列组成新的数据矩阵/>
步骤九:以单个观测基站为例,对步骤八的数据矩阵进行空间平滑操作,选择子阵数目为12,单个子阵阵元数为12,平滑过程中各子阵划分示意图如图4所示,获得经过平滑操作后的数据协方差矩阵
式中,{·}H表示对矩阵进行共轭转置操作
步骤十:根据步骤九获得的数据协方差矩阵,以单个观测基站为例,进行特征值分解,由10个小特征值对应的特征向量组成噪声子空间矩阵Enl;
步骤十一:根据步骤十获得的四个噪声子空间矩阵,确定搜索位置范围,在搜索位置范围内对谱峰进行搜索,获得目标信源位置估计值。
Claims (8)
1.一种基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,其特征在于包括下述步骤:
a)在平面的L个不同位置放置观测基站,各观测基站均为M元嵌套阵,第l个观测基站中M元嵌套阵接收信号下变频获得M路中频模拟信号;
b)每个观测基站中,对M路中频模拟信号进行A/D采样,采样深度为N,采样周期为Ts,获得M路中频数字信号;
c)根据步骤b)获得的采样数据,结合已知的待定位目标信源循环频率α,选取K个迟滞参数βk获得多组循环协方差矩阵;
d)对步骤c)获得的循环协方差矩阵进行矩阵矢量化操作,将M×M维的拉直变成M2×1的数据矢量;
e)根据步骤d)获得的数据矢量,获得数据矩阵;
f)根据嵌套阵列的差分阵形成的虚拟均匀线阵对应的阵元位置序号,从阵列观测数据矩阵中选取出对应阵元位置序号的数据行组成新的数据矩阵/>
g)对步骤f)获得的进行前向平滑操作,完成解相干操作;
h)根据步骤g)获得的各子阵的协方差矩阵,获得最终的数据协方差矩阵;
i)对协方差矩阵进行特征值分解,根据已知的待定位目标信号源数目NS,由的mVir-Ns个小特征值对应的特征向量组成Enl;
j)根据噪声子空间矩阵Enl,进行位置搜索,根据谱函数的峰值对应的位置值获得目标信源位置坐标估计值;最后在定位所限定的空间中对上式进行谱峰搜索(二维平面定位即为二维直角坐标空间,一般的三维定位即为三维直角坐标空间,得出对目标信源的位置估计。
2.根据权利要求1所述的基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,其特征在于:所述步骤b)中,M路中频数字信号为:
xl(n)=Als(n)+nl(n)n=1,…,N
式中:
其中si(n)为第i个目标信源的发射信号波形,al(pi)为第l个观测基站关于第i个目标信源的导向矢量,nl(n)为第l个基站的噪声矢量,NS为目标信源数,{·}T表示对矩阵进行转置操作,λ为信号波长,π为圆周率,dm为第m个阵元到参考点的距离。
3.根据权利要求1所述的基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,其特征在于:所述步骤c)多组循环协方差矩阵为:
式中,{·}H表示对矩阵进行共轭转置操作。
4.根据权利要求1所述的基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,其特征在于:所述步骤d)中,数据矢量为:
式中,vec{·}表示对矩阵进行矢量化操作。
5.根据权利要求1所述的基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,其特征在于:所述步骤e)中,数据矩阵为:
6.根据权利要求1所述的基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,其特征在于:
所述步骤g)中,解相干操作为:以虚拟均匀线阵数目为MVir,将划分为Q个子矩阵,单个子矩阵的阵元数位mVir,设第q个子阵的协方差矩阵为/>
7.根据权利要求1所述的基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,其特征在于:所述步骤h)中,最终的数据协方差矩阵为:
8.根据权利要求1所述的基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法,其特征在于:所述步骤j)中,目标信源位置坐标估计值为:
式中,θp,l表示位置p相对于第l个观测基站的方位角。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110605195.2A CN113406564B (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 一种基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110605195.2A CN113406564B (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 一种基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113406564A CN113406564A (zh) | 2021-09-17 |
CN113406564B true CN113406564B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=77675587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110605195.2A Active CN113406564B (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 一种基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113406564B (zh) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108919178A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-11-30 | 电子科技大学 | 一种基于对称嵌套阵列的混合场信源定位方法 |
CN109239657A (zh) * | 2018-09-05 | 2019-01-18 | 南京航空航天大学 | 装载嵌套阵无人机平台下的辐射源高精度定位方法 |
CN112269160A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-01-26 | 南京航空航天大学 | 一种基于无人机装载嵌套阵的多信源直接定位方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015122420A1 (de) * | 2015-12-21 | 2017-06-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Sendeanordnung zum Erzeugen eines für eine Lokalisierung geeigneten Signalmusters und Empfangsanordnung zum Durchführen einer Lokalisierung |
-
2021
- 2021-05-31 CN CN202110605195.2A patent/CN113406564B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108919178A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-11-30 | 电子科技大学 | 一种基于对称嵌套阵列的混合场信源定位方法 |
CN109239657A (zh) * | 2018-09-05 | 2019-01-18 | 南京航空航天大学 | 装载嵌套阵无人机平台下的辐射源高精度定位方法 |
CN112269160A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-01-26 | 南京航空航天大学 | 一种基于无人机装载嵌套阵的多信源直接定位方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
基于通信时分框架的单站无源动目标定位技术;高元峰;江漫;葛蕾;贾铁燕;;无线电工程;20180418(第05期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113406564A (zh) | 2021-09-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109932680B (zh) | 一种基于平移互质阵列的非圆信号波达方向估计方法 | |
CN108872929B (zh) | 基于内插虚拟阵列协方差矩阵子空间旋转不变性的互质阵列波达方向估计方法 | |
CN106980106B (zh) | 阵元互耦下的稀疏doa估计方法 | |
CN107255793B (zh) | 一种针对宽带ofdm通信信号的阵列测向方法及装置 | |
CN112910578B (zh) | 一种针对毫米波3d mimo信道的路径参数提取方法 | |
CN109490820B (zh) | 一种基于平行嵌套阵的二维doa估计方法 | |
CN107576931B (zh) | 一种基于协方差低维度迭代稀疏重构的相关/相干信号波达方向估计方法 | |
CN109946643B (zh) | 基于music求解的非圆信号波达方向角估计方法 | |
CN110749857B (zh) | 基于秩损法的均匀矩形阵列二维非圆信号doa估计方法 | |
CN111239678A (zh) | 一种基于l型阵列的二维doa估计方法 | |
CN111965595A (zh) | 一种基于无人机的多非圆信源高精度直接定位方法 | |
CN111352063B (zh) | 一种均匀面阵中基于多项式求根的二维测向估计方法 | |
CN106324556A (zh) | 一种稀疏重构辅助的非均匀阵列波达方向估计方法 | |
CN110380994A (zh) | 快速贝叶斯匹配追踪海上稀疏信道估计方法 | |
CN111965591A (zh) | 一种基于四阶累积量矢量化dft的测向估计方法 | |
CN114884841A (zh) | 基于高阶统计和非均匀阵列的欠定参数联合估计方法 | |
CN113406564B (zh) | 一种基于嵌套阵的循环平稳信号直接定位方法 | |
CN111368256B (zh) | 一种基于均匀圆阵的单快拍测向方法 | |
CN112733333A (zh) | 互质面阵中一种基于多项式求根的二维测向估计方法 | |
CN116299150B (zh) | 一种均匀面阵中降维传播算子的二维doa估计方法 | |
CN109870670B (zh) | 一种基于阵列重构的混合信号参数估计方法 | |
CN113391266B (zh) | 基于非圆多嵌套阵降维子空间数据融合的直接定位方法 | |
CN115421098A (zh) | 嵌套面阵下降维求根music的二维doa估计方法 | |
CN114205195B (zh) | 一种跨频段mimo空间域统计csi估计方法 | |
CN109061564B (zh) | 基于高阶累积量的简化近场定位方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |