[發明專利]移動通信信號源數據域直接位置估計方法及其裝置

有效

• 申請號: 201710245433.7
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107071898B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 任衍青;巴斌;王建輝;崔維嘉;王大鳴
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍信息工程大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 周艷巧

本發明涉及一種移動通信信號源數據域直接位置估計方法及其裝置，該方法包含：各觀測站分別采集原始觀測數據；對采集到的原始觀測數據進行底層數據融合，生成包含位置信息的直接定位模型；基于隨機矩陣漸進分布理論，構造包含噪聲子空間和信號子空間的代價函數；求解代價函數，輸出最終目標位置。本發明通過聯合各觀測站原始觀測數據，對接收數據進行充分底層融合，減少位置信息損失，提高定位精度；基于隨機矩陣漸進分布數學理論，構造同時包含有信號子空間和噪聲子空間的全新代價函數，可在低信噪比、采樣數較少等惡劣無線通信環境下，使直接定位技術的信源分辨能力更強；并通過仿真實驗證明：定位精度更好，且性能更加穩定。

技術領域

本發明屬于移動通信中無線信號源位置估計技術領域，特別涉及一種移動通信信號源數據域直接位置估計方法及其裝置。

背景技術

無源定位具有很好的隱蔽性，不易受到干擾和攻擊，在軍事及民事等方面得到廣泛應用。傳統無源定位體制主要采用兩步定位法，即首先估計目標的位置參數(DOA、TOA、FDOA等)，然后利用估計出的位置參數建立位置方程完成目標位置的解算。這使得參數估計和位置解算相分離，數據處理過程中不可避免的存在位置信息的損失，且無法保證測量的參數與目標真實位置相匹配，從而無法獲得最優的估計性能。直接定位技術(DirectPosition Determination，DPD)因直接利用信號數據域信息完成目標位置估計，避免了傳統定位方法中因兩步分離造成的信息損失，因而具有更高的定位精度。

目前，直接定位技術的解算方法主要有三種：最大似然方法、智能優化方法和多陣地子空間數據融合方法。最大似然類方法基于最大似然準則，在頻域建立最大似然函數，可用于完成對于單目標的直接位置估計。但最大似然類方法在對多目標進行直接定位時存在復雜度過高的問題，難以實際應用。雖然可采用交替投影的方式將多維搜索問題轉化為多個低維搜索問題，但采用這種方法的直接定位精度易受初始值選取的影響。將智能優化算法用于直接位置估計，有效降低了計算量，但控制參數不易選取增加了陷入局部最優的可能性。多陣地子空間數據融合方法能夠在較低的復雜度條件下實現對多目標信號源的高精度直接定位。它通過對各陣地接收數據協方差矩陣進行處理得到的噪聲子空間進行聯合，構建包含各個站噪聲子空間的代價函數，從而實現對目標信號源的直接位置估計。但該算法未能充分利用各站原始觀測數據、代價函數中只利用了噪聲子空間而沒有利用信號子空間，導致定位精度存在損失、信源分辨率下降。現有多陣地子空間數據融合直接定位方法，雖然能夠實現低復雜度下對于多目標無線信號源的直接定位，但沒有進行充分的底層數據融合，同時代價函數中只利用了噪聲子空間而沒有利用信號子空間，導致定位精度存在損失、信源分辨率下降。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明提供一種移動通信信號源數據域直接位置估計方法及其裝置，能夠在低信噪比、小快拍等惡劣無線通信環境下定位精度及信源分辨能力更好。

按照本發明所提供的設計方案，一種移動通信信號源數據域直接位置估計方法，包含：

步驟1、各觀測站分別采集原始觀測數據；

步驟2、對采集到的原始觀測數據進行底層數據融合，生成包含位置信息的直接定位模型；

步驟3、基于隨機矩陣漸進分布理論，構造包含噪聲子空間和信號子空間的代價函數；

步驟4、求解代價函數，輸出最終目標位置。

上述的，所述的步驟2中包含：假設觀測區域內有L個觀測站和Q個窄帶信號源，每個觀測站均是由M個陣元構成的均勻直線陣；各個陣列在時間上同步，信號到達陣列時為平面波，根據位置坐標的對應觀測站的接收信號，將該接收信號模型轉化為觀測向量；對各個觀測站的觀測向量進行聯結，得到包含所有位置信息的聯合陣列響應矩陣；根據觀測向量及聯合陣列響應矩陣，得到各觀測站底層數據融合后的直接定位模型。