[發明專利]一種基于秩損的非迭代混合信號源定位方法

有效

• 申請號: 201910577583.7
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110286352B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 辛景民;左煒亮;武佳懿;鄭南寧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00;G06F17/16;G06F17/15
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種基于秩損的非迭代混合信號源定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，通過陣列接收獲取待定位混合信號源的接收數據；構造陣列的協方差矩陣R，由接收數據計算協方差矩陣R的估計值陣列包含2M+1個全向傳感器陣元；混合信號源入射陣列上獲得K個非相干信號

步驟2，通過步驟1獲得的估計值計算混合信號源中近場和遠場信號源的波達方向角包括(K₁-1)K₁/2個虛假信號波達角；θ_k表示第k個非相干信號s_k(n)的波達方向角；波達方向角為第k個非相干信號s_k(n)相對于對稱均勻線陣法向的逆時針夾角；當k≠l時，θ_k≠θ_l；

步驟3，通過步驟1獲得的估計值計算混合信號源中近場和遠場信號源的距離其中包括(K₁-1)K₁/2個虛假信號的距離；r_k是第k個非相干信號s_k(n)相對于對稱均勻線陣的中心的距離；當k≠l時，r_k≠r_l；

步驟4，根據步驟3獲得的距離將混合信號源分類為遠場信號源和近場信號源；其中，當估計值時，認為信號源是近場信號源，由此估計出K₂個近場信號源；其中，D＝2Md；λ代表混合信號源的波長，d等于波長λ的1/4；

步驟5，根據步驟4估計的近場信號源的信號波達方向角和距離，得到(K₁-1)K₁/2+K-K₂＝K₁+(K₁-1)K₁/2個遠場信號源候選者，利用波達方向選擇策略獲得K₁個遠場信號源的波達方向角；

其中，步驟1中，采用的陣列為對稱均勻線陣；

構造陣列協方差矩陣為：

其特征分解是：

估計值

式中，N表示采樣數，n＝1，2，…,N表示時間序列，x(n)表示陣列接收數據，E{·}表示求期望，(·)^H表示共軛轉置，U_s、U_n分別表示信號子空間和噪聲子空間，Λ_s、Λ_n分別表示信號子空間和噪聲子空間對應的特征值；

所述對稱均勻線陣接收到的信號表示為：

是陣列響應矩陣；

表示遠場信號對應的陣列響應矩陣；

表示近場信號對應的陣列響應矩陣；

表示遠場信號對應的陣列響應向量；

表示近場信號對應的陣列響應向量；

式中，K表示混合信號源中包含的信號個數，k＝1,2,…,K，表示信號源標號，K₁和K₂分別表示混合信號源中包含的遠場和近場信號個數，ω(n)和s(n)分別為附加噪聲向量和信號源向量，s_f(n)和s_n(n)分別表示遠場和近場的信號源向量，表示所有混合信號源的波達方向角，表示混合信號源中的近場信號源的距離，j表示虛數單位，e表示自然常數，ψ_k和φ_k分別表示高階和低階電子角分量，(·)^T表示轉置；

步驟2中，需估計的混合信號近場信號和遠場信號的波達方向角和距離通過a_f(θ_k)和a_n(θ_k,r_k)獲得；

具體包括：根據

a_f(θ_k)＝D(θ_k)b_f，

a_n(θ_k,r_k)＝D(θ_k)b_n，

得到：

式中，b_f和b_n是(M+1)×1向量，并且

D(θ_k)是一個(2M+1)×(M+1)矩陣，

是(M+1)×(M+1)矩陣，C(θ_k)矩陣只包含信號波達方向角信息；當θ＝θ_k時，C(θ_k)會趨于最小；

混合信號的波達方向角通過尋找代價函數的K個波峰獲得，代價函數的表達式為：

根據代價函數估計出(K₁-1)K₁/2+K個信號源波達方向角；其中，(K₁-1)K₁/2個虛假信號；

近場信號源的陣列響應向量a_n(θ_k,r_k)包含電子角ψ_k和φ_k，表示為：

a_n(θ_k,r_k)＝D(θ_k)b_n(θ_k,r_k)；

(K₁-1)K₁/2+K個距離通過最小化以下代價函數獲得，代價函數表達式為：

式中，當時，認為信號源是近場信號源，由此估計出K₂個近場信號源的波達方向角和距離(θ_k,r_k)；

步驟5中，采用的波達方向選擇策略具體包括：

當K₁＝1時，沒有虛假信號產生；

當K₁＝2時，會有K₁+0.5(K₁-1)K₁＝3個候選遠場波達方向角，即θ₁＜θ₂＜θ₃，θ₂為虛假信號；

當K₁＝3時，會有K₁+0.5(K₁-1)K₁＝6個候選遠場波達方向角，即θ₁＜θ₂＜θ₃＜θ₄＜θ₅＜θ₆，θ₁，θ₆為兩個真實波達方向角，剔除兩個真實波達方向角產生的虛假波達方向角；剩余的3個波達方向角，返回K₁＝2時的情況；

以此類推。