[發明專利]一種基于無人機移動監測的多信源高精度直接定位方法

在審

• 申請號: 202010601104.3
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111766560A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 何益;李建峰;晉本周;張小飛;吳啟暉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 徐博

一種基于無人機移動監測的多信源高精度直接定位方法，無人機在L個不同的位置接收多個輻射源信號，并對接收到的信號進行采樣；分別計算每個位置的接收信號協方差矩陣，并對其進行特征值分解；基于特征值分解得到的特征值和對應的特征向量，確定每個觀測位置的最優權值；利用導向矢量與噪聲子空間的正交性建立損失函數，將導向矢量到L個觀測位置的噪聲子空間投影結果加權融合，通過搜索得到輻射源位置估計結果。該方法能夠解決傳統兩步定位方法定位精度受限且依賴額外的信息匹配步驟的問題，直接從原始數據層抽取輻射源位置信息，將多個位置的觀測信息進行最優融合，完成高精度精準定位，具有重要的工程應用價值。

技術領域

本發明是涉及無源定位技術領域，具體的說是一種基于無人機移動監測的多信源高精度直接定位方法。

背景技術

針對輻射源定位平臺，大都基于地面監測站結合地面移動車以及手持式設備，其受地面復雜環境影響大，定位精度低、定位時間長，在實際應用中十分受限。基于無人機的空中平臺擁有受雜波干擾少、觀測域廣、移動性強等優勢，可有效提升輻射源定位的效率和成功率，因此，研究基于無人機的輻射源定位具有十分重要的現實意義。

傳統兩步定位技術由于存在中間參數估計步驟，因而不可避免地造成了位置信息的損失，影響后續定位精度，難以獲得漸進最優的估計性能。且由于參數估計和位置解算兩步相分離，在處理多信源同時定位問題時，需要額外的信息匹配步驟，不利于實際應用。直接定位技術利用原始信號數據域信息直接完成目標位置求解，無需定位參數估計，有效降低了兩步定位方法的信息損耗，具有更高的定位精度，且直接定位不依賴于額外的信息匹配即可實現多信源同時定位。但是，現有的直接定位技術同等地處理多個位置的觀測信息，沒有考慮觀測誤差的不平衡對定位結果造成的影響，定位精度難以進一步提升。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種基于無人機移動監測的多信源高精度直接定位方法，能夠解決傳統兩步定位方法定位精度受限且依賴額外的信息匹配步驟的問題，直接從原始數據層抽取輻射源位置信息，將多個位置的觀測信息進行最優融合，完成高精度精準定位，具有重要的工程應用價值。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于無人機移動監測的多信源高精度直接定位方法，其特征在于：無人機在移動過程中能夠獲取多個輻射源的信號，具體定位方法步驟如下：

步驟1，無人機在L個不同的位置接收多個輻射源信號，并對接收到的信號進行采樣；

步驟2，計算無人機在每個位置的接收信號協方差矩陣，并對其進行特征值分解；

步驟3，基于特征值分解得到的特征值和對應的特征向量，確定每個觀測位置的最優權值；

步驟4，利用導向矢量與噪聲子空間的正交性建立損失函數，將導向矢量到L個觀測位置的噪聲子空間投影結果加權融合，通過搜索得到輻射源位置估計結果。

所述的步驟1中，無人機在移動過程中L個采集信號的位置節點分別為K個遠場窄帶輻射源的位置為p_k＝[x_k,y_k,z_k]^T,k＝1,...,K，無人機掛載M個陣元，無人機在第l個位置的時刻t的接收信號為

其中，t＝1,2,...,T，T為快拍數，b_l,k為功率衰落系數，k＝1,2,...,K,K為輻射源個數，s_l,k(t)為第k個輻射源輻射的信號，為導向矢量，其中，為無人機在位置u_l處的波數向量，λ為波長，||·||表示向量的2范數，d_m表示陣列的第m個陣元相對于參考陣元的位置矢量，各輻射源信號互不相干且輻射功率為P_k，n_l(t)(l＝1,2,...,L)為相互獨立的零均值加性高斯白噪聲，信號與噪聲之間互不相關。