[發明專利]一種未知有色噪聲下多目標遠近場混合源定位方法

有效

• 申請號: 201610030846.9
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105548957B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 劉國紅;孫曉穎;溫艷鑫;陳建;燕學智
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00;G01S5/18;G01S3/74;G01S3/80
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種未知有色噪聲下多目標遠近場混合源定位方法，其特征在于包括下列步驟：

(1)應用對稱均勻線性傳感器陣列接收目標信號，確定遠近場混合源觀測信號形式；

(2)計算陣列觀測數據的協方差矩陣；

(3)實施空間差分技術去除未知有色噪聲，提取遠場源和近場源分量；

(4)對混合源差分矩陣進行特征值分解，獲得相應的噪聲子空間；

(5)通過一維MUSIC譜峰搜索實現遠場源方位角估計；

(6)再次對陣列協方差矩陣實施空間差分技術，去除未知有色噪聲和遠場源分量，獲得近場源差分矩陣；

(7)對近場源差分矩陣的虛擬方向矩陣進行分塊處理；

(8)對近場源差分矩陣進行特征值分解，獲得相應的信號子空間；

(9)對信號子空間進行分塊處理，通過一維角度搜索估計出近場源方位角；

(10)將已估計的近場源方位角代入二維MUSIC譜峰搜索中，實現對近場源距離的估計。

2.根據權利要求1所述的一種未知有色噪聲下多目標遠近場混合源定位方法，其特征在于：所述步驟(1)確定遠近場混合源觀測信號形式，其具體途徑是：

假設M個不相關信源入射到由L＝2N+1個傳感器組成的對稱均勻線陣上，包含M₁個近場源和M-M₁個遠場源，其中，d為陣元間距且等長，以陣元0作為參考陣元，則第l(1≤l≤L)個傳感器在t時刻的接收信號可表示為：

其中，x_l(t)是傳感器觀測信號，s_m(t)是遠場源或近場源包絡，n_l(t)為傳感器加性背景噪聲,M為信源數目，為信源信號的角頻率，τ_lm為信源m(1≤m≤M)從參考陣元到第l個傳感器的時延差；

當第m個信號為近場源時，相應的波程差r'滿足r'＝r_m-r_lm，其中r_lm為信源m到第l個傳感器的距離，且滿足：

rlm2=rm2+dl2-2rmdlcos(π/2-θm)]]>

其中θ_m和r_m為第m個信源的方位角和距離，d_l為陣元l與參考陣元0之間的距離且滿足d_l＝ld；

將上式代入r'＝r_m-r_lm，可得波程差r'的表達式為：

r′=rm-rm1+(dlrm)2-2dlsinθmrm]]>

假設近場源信號的波速為v，根據可得則有：

τlm=r′v=2πω0λr′]]>

相應的相位差可表示為：

-ω0τlm=-2πλr′=2πλrm(1+(dlrm)2-2dlsinθmrm-1)]]>

對上式進行二項式展開并應用菲涅爾Fresnel近似，可得：

-ω0τlm≈2πλrm(dl22rm2-dlsinθmrm-dl2sin2θm2rm2)=2πλrm(dl22rm2cos2θm-dlsinθm)=(-2πdλsinθm)l+(πd2λrmcos2θm)l2]]>

當第m個信號為遠場源時，其相位差滿足：

-ω0τlm=(-2πdλsinθm)l]]>

考慮2N+1個傳感器輸出，則觀測數據的矩陣形式為：

X(t)＝AS(t)+N(t)＝A_NFS_NF(t)+A_FFS_FF(t)+N(t).

其中：

X(t)＝[x_-N(t),...,x₀(t),...,x_N(t)]^T

ANF=[a(θ1,r1),a(θ2,r2),...,a(θM1,rM1)]]]>

AFF=[a(θM1+1),a(θM1+2),...,a(θM)]]]>

SNF(t)=[s1(t),s2(t),...,sM1(t)]T]]>

SFF(t)=[sM1+1(t),sM2+1(t),...,sM(t)]T]]>

N(t)＝[n_-N(t),...,n₀(t),...,n_N(t)]^T

其中上標T為轉置操作。