【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及信號(hào)處理，具體而言，涉及一種近場(chǎng)信源定位方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、信號(hào)源定位作為陣列信號(hào)處理中的關(guān)鍵技術(shù)在在聲吶、雷達(dá)、電子對(duì)抗、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)信號(hào)源到接收天線陣列的距離可以分為遠(yuǎn)場(chǎng)源定位和近場(chǎng)源定位。遠(yuǎn)場(chǎng)信源是指信源位于陣列的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域，即r>>2d2/λ，其中為r信源到參考陣元的距離，d為陣列孔徑，λ為信號(hào)波長(zhǎng)。而當(dāng)信源到天線陣列的距離滿足0.62(d3/λ)1/2≤r≤2d2/λ時(shí)，信源被稱作近場(chǎng)信源。遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)源的距離可視為無限遠(yuǎn)，在空間中傳播可視為平面波，因此只需估計(jì)其doa(direction?of?arrival，波達(dá)方向)即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)源定位。而近場(chǎng)信號(hào)源波前則被視為球面波，信源的定位需要doa和信源的距離兩個(gè)參數(shù)確定。
2、強(qiáng)弱信號(hào)并存，在近場(chǎng)信號(hào)源定位中時(shí)常發(fā)生，當(dāng)弱信號(hào)源附近存在強(qiáng)干擾信號(hào)源時(shí)，采用經(jīng)典的doa估計(jì)算法，如二維music以及基于高階統(tǒng)計(jì)量的music方法，弱信號(hào)的空間譜峰往往很低，容易被鄰近強(qiáng)干擾信號(hào)的譜峰所掩蓋造成估計(jì)偏差，或者被其他偽峰替代造成估計(jì)丟失。因此，目前在強(qiáng)弱信號(hào)并存的場(chǎng)景中，對(duì)近場(chǎng)信號(hào)源的定位存在定位不準(zhǔn)的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本申請(qǐng)實(shí)施例的目的在于提供一種近場(chǎng)信源定位方法及系統(tǒng)，能夠改善在強(qiáng)弱信號(hào)并存的場(chǎng)景中，對(duì)近場(chǎng)信號(hào)源定位不準(zhǔn)的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本申請(qǐng)采用的技術(shù)方案如下：
3、第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種近場(chǎng)信源定位
4、s10，基于用于接收信號(hào)的接收陣列和具有干擾信號(hào)的信源，創(chuàng)建接收信號(hào)模型；
5、s20，基于近場(chǎng)環(huán)境中的波達(dá)方向doa、所述接收信號(hào)模型，創(chuàng)建僅包含doa信息的四階積累量矩陣；
6、s30，對(duì)所述四階積累量矩陣進(jìn)行特征值分解，得到強(qiáng)信號(hào)子空間；
7、s40，將所述強(qiáng)信號(hào)子空間納入噪聲子空間中，構(gòu)成第一擴(kuò)展噪聲子空間；
8、s50，利用music算法和所述第一擴(kuò)展噪聲子空間，確定表征弱信號(hào)源的doa；
9、s60，創(chuàng)建接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣；
10、s70，對(duì)所述協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解并擴(kuò)充噪聲子空間，構(gòu)造得到二維空間譜；
11、s80，將所述弱信號(hào)源的doa輸入所述二維空間譜中進(jìn)行一維搜索，得到所述弱信號(hào)源的定位信息，所述定位信息包括所述弱信號(hào)源的距離。
12、結(jié)合第一方面，在一些可選的實(shí)施方式中，步驟s10包括：
13、獲取環(huán)境中接收陣列的總天線個(gè)數(shù)和信源的總數(shù)量，接收陣列的總天線個(gè)數(shù)表示為2m+1，且所述接收陣列的天線呈均勻線性分布，用于接收窄帶近場(chǎng)信號(hào)，信源的總數(shù)量表示為p+j，其中，m為大于等于0的整數(shù)，p為弱信號(hào)源的個(gè)數(shù)，j為干擾信號(hào)源個(gè)數(shù)，第m個(gè)天線的輸出信號(hào)xm(t)表示為：
14、
15、其中，sk(t)指第k個(gè)窄帶近場(chǎng)信號(hào)源，t指時(shí)刻，e指自然常數(shù)，j指虛數(shù)單位，τmk代表第m個(gè)天線上第k個(gè)信號(hào)相對(duì)于參考陣元的時(shí)延，nm(t)表示加性高斯噪聲，定義rm為信源到第m個(gè)天線的距離，rk為信源到參考陣元的距離，則基于余弦定理有：
16、
17、式中，rk表示信源到參考陣元的距離，d指天線間距，θk表示第k個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的doa，近場(chǎng)信源的傳輸模型為球面波，時(shí)延τmk表示為：
18、
19、式中，λ表示信源的波長(zhǎng)，將rm帶入τmk中，得：
20、
21、將公式(4)進(jìn)行二階泰勒展開，τmk轉(zhuǎn)換為：
22、τmk≈wkm+φkm2(5)
23、其中：
24、
25、基于輸出信號(hào)xm(t)和所述二階泰勒展開得到的τmk，創(chuàng)建接收信號(hào)模型，并表示為矩陣形式：
26、x(t)＝a(θ,r)s(t)+n(t)?(8)
27、其中：
28、
29、結(jié)合第一方面，在一些可選的實(shí)施方式中，步驟s20包括：
30、定義四階積累量為：
31、
32、其中，ym(t)、yp(t)、yq*(t)分別表示第m、n、p、q個(gè)天線的輸出信號(hào)；*表示共軛，表示第k個(gè)窄帶近場(chǎng)信號(hào)源sk(t)的四階積累量，有：
33、
34、式中，m,n,p,q∈[-m,m]，m-n和p-q位于[-2n,2n]中，令m＝-n和p＝-q，基于所述接收信號(hào)模型，四階積累量對(duì)應(yīng)的公式(10)轉(zhuǎn)換為：
35、
36、基于公式(12)，通過選擇指定元素創(chuàng)建四階積累量矩陣，所述累積量矩陣的指定元素由下式給出：
37、
38、所述四階積累量矩陣c1由下式表示：
39、
40、所述四階積累量矩陣去除了距離信息，只包含信號(hào)的doa信息，式中，h表示矩陣共軛轉(zhuǎn)置，a1(θ)和cs公式如下：
41、a1(θ)＝[a1(θ1),…,a1(θk),…,a1(θp+j)]?????(15)
42、
43、式中，
44、結(jié)合第一方面，在一些可選的實(shí)施方式中，步驟s30包括：
45、對(duì)所述四階積累量矩陣進(jìn)行特征值分解：
46、
47、式中，λi為特征值，且λ1≥...≥λj≥λj+1≥...λj+p≥λ2m+1，ei為λi對(duì)應(yīng)的特征矢量，總的信號(hào)的子空間表示為ejs＝span(e1,...,ej,ej+1,...ej+p)，其中，特征向量(e1,...,ej)是由強(qiáng)干擾信號(hào)確定，(ej+1,...ej+p)是由弱信號(hào)確定，所述總的信號(hào)的子空間包括強(qiáng)信號(hào)子空間。
48、結(jié)合第一方面，在一些可選的實(shí)施方式中，步驟s40包括：
49、將強(qiáng)信號(hào)子空間納入噪聲子空間中，由2m+1-p-j個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征矢量組成噪聲子空間en＝span(ej+p+1,...,e2m+1)，并構(gòu)造第一擴(kuò)展噪聲子空間為：
50、ejn＝span(e1,...,ej,ej+p+1,...,e2m+1)?(18)
51、對(duì)信號(hào)的導(dǎo)向矢量作以下變換：
52、
53、其中，b(θ)指變換后導(dǎo)向矢量，i指單位矩陣，a1(θ)指導(dǎo)向矢量，為矩陣ej的共軛轉(zhuǎn)置，ej＝span(e1,...,ej)，強(qiáng)信號(hào)子空間與噪聲子空間正交記θi為弱信號(hào)角度，得到：
54、
55、其中，經(jīng)變換后信號(hào)的導(dǎo)向矢量和第一擴(kuò)展噪聲子空間正交。
56、結(jié)合第一方面，在一些可選的實(shí)施方式中，步驟s50包括：
57、通過如下公式，確定弱信號(hào)源的doa：
58、
59、式中，θ為弱信號(hào)源的doa。
60、結(jié)合第一方面，在一些可選的實(shí)施方式中，步驟s60包括：
61、構(gòu)造接收信號(hào)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種近場(chǎng)信源定位方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S10包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S20包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S30包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟S40包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟S50包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟S60包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟S70包括：
9.一種近場(chǎng)信源定位系統(tǒng)，其特征在于，所述近場(chǎng)信源定位系統(tǒng)包括相互耦合的處理器及存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述近場(chǎng)信源定位系統(tǒng)執(zhí)行如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種近場(chǎng)信源定位方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s10包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟s20包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟s30包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟s40包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蒲旭敏，冷永輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：重慶郵電大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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