[發(fā)明專利]一種基于無人機的多非圓信源高精度直接定位方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010619663.7
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111965595A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何益;張小飛;曾浩威;李建峰;沈金清
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06
• 代理公司: 北京艾皮專利代理有限公司 11777
• 代理人: 李德勝

1.一種基于無人機的多非圓信源高精度直接定位方法，其特征在于具體包括以下步驟：

步驟1：無人機在L個不同觀測位置接收多個非圓輻射源信號，對接收信號進行采樣：

假設(shè)Q個互不相關(guān)的遠場窄帶非圓信號入射到載有M元均勻線陣的運動觀測平臺即無人機，目標(biāo)源分別位于p_q＝[x_q,y_q]^T(q＝1,2,…,Q)，觀測平臺沿著已知軌跡運動，觀測平臺在第l(l＝1,2,…,L)個觀測位置第k(k＝1,2,…,K)個采樣時刻的接收信號為：

式中，為第q個目標(biāo)源在第l個時隙段內(nèi)到天線陣列的流形矢量，s_l,q(k)表示第q個目標(biāo)源在第l個觀測時隙內(nèi)第k個采樣快拍時刻的信號波形，為第l個觀測時隙內(nèi)的天線陣列的噪聲矢量，這里假設(shè)噪聲為與信號相互獨立的復(fù)圓高斯白噪聲；

步驟2：對接收信號進行擴展，得到擴展接收信號矩陣：

利用非圓信號橢圓協(xié)方差矩陣不為零的特點，擴展接收信號矢量為：

并且最大非圓率信號的特點為：

其中，為信號的實包絡(luò)；

因此，擴展接收信號矢量為：

其中

則第l個觀測位置的擴展接收信號矩陣為：

步驟3：分別計算不同觀測位置的擴展接收信號協(xié)方差矩陣，并進行特征值分解：

第l個觀測位置的擴展接收信號的協(xié)方差矩陣表示為：

對上式進行特征值分解，可得

其中，為信號子空間，由Q個較大特征值對應(yīng)的特征向量構(gòu)成；為噪聲子空間矩陣，由M-Q個較小特征值對應(yīng)的特征向量構(gòu)成；

步驟4：利用信號流形矢量與噪聲子空間的相互正交性建立代價函數(shù)：

根據(jù)信號流形矢量與噪聲子空間相互正交的特點，借助子空間數(shù)據(jù)融合的思想，構(gòu)建代價函數(shù)如下：

通過對位置p和非圓相位進行搜索，即可得到輻射源位置估計值；

步驟5：對代價函數(shù)進行降維，轉(zhuǎn)化為二次優(yōu)化問題，去除非圓相位搜索維度：

步驟4中輻射源位置求解搜索維度過大，在此對其進行降維求解，重寫步驟2中接收信號矢量，通過矩陣轉(zhuǎn)換使位置信息與非圓相位信息分離有：

其中

針對第l個觀測位置，令

顯然，有下式成立

則

若定義則上式可表示為

對于未知參數(shù)來說，上式是個二次優(yōu)化問題；令e＝[1,0]^T，則于是重構(gòu)優(yōu)化問題如下：

采用拉格朗日乘子法求解，構(gòu)造以下函數(shù)

其中，λ為乘子。令上式對的導(dǎo)數(shù)為零，即

則

又因為因此μ＝1/(e^HJ_l(p)^-1e)，于是

則第l個時隙的子代價函數(shù)為：

步驟6：將信號流形矢量到L個不同觀測位置的噪聲子空間投影結(jié)果融合，通過搜索得到非圓輻射源位置估計結(jié)果：

綜合所有觀測時隙的子代價函數(shù)，得到降維后的代價函數(shù)：

對上述代價函數(shù)進行位置搜索，Q個最大峰值對應(yīng)的坐標(biāo)即為非圓輻射源位置估計值。