一种基于路测功率值的信源定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线电信号源定位技术领域，更具体地说涉及一种基于路测功率值的 信源定位方法。
【背景技术】
[0002] 在无线电领域中，一个重要的研究方向就是对无线电信号源的定位问题。在已经 发展出来的无线电信号源定位方法中，主要的信号源定位方法是：寻找出在测试位置点出 的，接收到指定频率的信号的最大值得方向，并且朝着该方向运动；经过不断的测向和运 动，找到信号源的位置。由于城市中高楼林立，电磁波不能按照理想的直线传播，所以按照 测向的办法进行定位的方法比较复杂。
[0003] 传统的在城市中寻找无线电信号源大致有两种方法：
[0004] 第一：依靠架设在城市中较高位置的固定监测站，对待查的无线电信号进行测向， 然后交绘定位，从而得到无线电信号源的大体位置；然后如果可以和监测站的台站数据库 里的台站信息吻合，则可以判断该合法电台的地理位置；如果台站数据库内没有相应信息， 则该电台是一个非法电台，需要派无线电工作人员到测得的大体位置，依靠测向天线寻找 信号源的位置。
[0005] 第二：利用车载无线电监测设备，找到存在信号源信号的地理范围内的多个制高 点进行测向，交绘定位，得到信号源的大体位置。然后奔向测得的大体位置，再测向，再调 整行车路线，最后找到信号源的位置；必要时候下车，利用手持式测向设备寻找信号源的位 置。
[0006] 国家知识产权局于2012年06月27日，公开了一件公开号为CN102520393A，名称 为"信源定位方法"的发明专利，该发明专利包括步骤：获得各接收天线接收信源发送的信 号时的接收信号功率值；针对每个接收天线，分别根据获得的各接收信号功率值，确定所述 信源的横向坐标为该接收天线的横向坐标时的概率值；根据确定出的各概率值，确定该信 源的横向坐标。采用本发明技术方案，能够解决现有技术中计算复杂度较高，稳定性较差， 误差较大以及系统成本较高的问题。
[0007] 由于城市中高楼林立，电磁波不能按照理想的直线传播，所以按照测向的办法进 行定位的方法比较复杂。查找时间较长、信号源查找效率较低，不能准确定位。
【发明内容】
[0008] 为克服现有技术中的不足，本发明提供了一种基于路测功率值的信源定位方法， 本发明的发明目的是提供一种快速定位信号源位置，节省信号源的查找时间，提高信号源 定位准确性的信源定位方法，本发明的信源定位方法通过采集不同地理位置的信号源的功 率数据，并根据收集到的数据进行处理，最终确定信号源的位置，可以大大缩短查找信号源 位置的时间，提高信号源查找效率，节省人力物力。
[0009] 为解决上述现有技术中的不足，本发明是通过下述技术方案实现的：
[0010] -种基于路测功率值的信源定位方法，其特征在于：其步骤如下：
[0011] 数据采集步骤：通过无线电接收设备和GPS数据采集设备获得在设定路径上的原 始数据，所述原始路测数据包括路测GPS位置信息数据和对应的功率值；
[0012] 设定信号源的搜索区域Re :以数据采集的路径为基础，向外拓展1~3倍面积的 相应区域作为信号源的搜索区域Re ;
[0013] 数据处理步骤：建立数学模型Delta = f (Gps):其中Gps表示信号源的预测位置； 该模型满足在信号源位置所处邻域内，可以找到一个位置Gps使得Delta = f (Gps)取得极 值或者最值；
[0014] 获取信号源位置的步骤：根据数学模型Delta = f (Gps)，对Delta采用最优化算 法，在区域Re内计算Delta = f (Gps)的极值或者最值Deltam;在此过程可能得到M(M>0) 个位置Gpsm使得Delta = f (Gps)取得极值点Delta m，在这些极值或最值中，使得Delta = f (Gps)取得极值或者最值的某个Gpsni是信号源的位置；
[0015] 多个可能的信号源的位置的筛选步骤：以使得Delta = f (Gps)取得极值或者最值 的位置Gpsni为基础，反推每个数据采集点的电波传播模型；当电波传播模型的参数方差值 最小时，该位置Gps ni便是信号源的最优位置。
[0016] 还包括数据筛选步骤，所述数据筛选步骤设置在数据采集步骤之后，数据处理步 骤之前；所述数据筛选步骤具体是指：
[0017] a、以一个数据采集的GPS位置点为参考点，计算它到其他数据采集位置点的距离 d,，其中i是参考点的编号，j为其他位置点的编号；
[0018] b、按照公式
^十算出P ,，其中S是描述以参考点为中心，半 径为S的圆内包含的其他GPS位置信息数据；
[0019] c、按照公式
，求解密度，其中N是信号采集点的数量；
[0020] d、重复a-c步骤，将i从1计算到n，将所有点的密度计算出来，并观察部分数据与 其他数据之间有无明显界限，如果有明显界限，确定一个阈值1当P't，这个位置点滤除， 反之，则保留这个位置点；如果没有明显界限，则可增大S，重复上述步骤。
[0021] 所述数据处理步骤中建立数学模型Delta = f (Gps)具体是指：预估所 测信号的电波传播模型和信号源的发射功率，根据电波传播模型建立数学模型，
:其中R1是在i位置点采集到的路测功率值；是以假定的信 号源位置为标准，R"= P s_LPl，匕是信号源的发射功率，Lp 1是电波传播模型计算出来的电 波损耗，N是信号采集点的个数。
[0022] 所述电波传播模型表示无线电信号通过不同地形地貌以后，在接收位置上能量衰 减值，所述电波传播模型可以表示为：Lp = k log d+b，其中Lp是无线电信号的衰减值，d 是信号源到测量点的距离，k、b是两个常数，与信号源的发射天线的高度、接收天线的高度 以及传播途径中的地形复杂度有关。
[0023] 所述数据处理步骤中建立数学模型Delta = f (Gps)具体是指：建立数学模 CN 105158731 A IX m "ti 3/7 页
，k是一个经验参 数，取值是28~55,山是预测的信号源的位置Gps与第i个信号采集点的距离，即
[0024] 最优化的算法：为了达到最优化目的所提出的各种求解方法。从数学意义上说，最 优化方法是一种求极值的方法，即在一组约束为等式或不等式的条件下，使系统的目标函 数达到极值，即最大值或最小值。经典的最优化算法有梯度、Hessian矩阵、拉格朗日乘数、 单纯形法、梯度下降法等；而对于更复杂的问题，则可考虑用一些智能优化算法，例如遗传 算法、蚁群算法、模拟退火、禁忌搜索、粒子群算法等。
[0025] 与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
[0026] 1、本发明的信源定位方法不需要对信号源进行测向定位，不会受到信号传输过程 中遇到的反射折射的影响；本发明的技术方案，是测向式信号源定位方法的一种补充。当测 向式信号源定位方法存在一定误差的城市地理环境中，可以采用本发明的技术方案，弥补 测向定位方法的不足，通过数学运算的方法，提供一个信号源可能的参考位置，帮助无线电 工作人员花费更少的时间找出信号源的位置。
[0027] 2、只需要GPS位置信息数据和对应的功率值，现有设备可以很容易做到接收功率 和GPS数据的采集，数据获取容易。
[0028] 3、除了一台电脑、平板或者智能手机等智能设备，不要添加任何别的硬件，成本低 廉。
【附图说明】
[0029] 图1，采集的101. 7MHz调频广播的信号强度图
[0030] 图2,采集的101. 7MHz调频广播信号的信号源定位图，该图中随机选取了四个不 同的假设点为起点来定位信号源的位置。
【具体实施方式】
[0031] 实施例1
[0032] 作为本发明一较佳实施例，本实施例公开了：
[0033] -种基于路测功率值的信源定位方法，其步骤如下：
[0034] 数据采集：通过带GPS的监测接收设备采集所述路径上的原始路测数据，所述原 始路测数据包括路测GPS位置信息数据和对应的功率值；实时计算信号源的位置；
[0035] 设定信号源的搜索区域Re :以数据采集的路径为基础，向外拓展1倍面积的相应 区域作为信号源的搜索区域Re ;
[0036] 数据处理步骤：建立数学模型Delta = f (Gps);计算信号源的真实位置和预测位 置的误差，其中Gps表示信号源的预测位置；在信号源位置所处邻域内，可以找到一个点 Gps使得Delta = f (Gps)取得极值或者最值；
[0037] 如果可以预估所测信号的电波传播模型和信号源的发射功率，可以根据电波传播 CN 105158731 A m ~P 4/7 页 模型建立函数：
；其中R1是在i位置点采集到的路测功率值； R"是以假定的信号源位置为标准，R "= P s-LPl，匕是信号源的发射功率，Lp i是电波传播模 型计算出来的电波损耗，N是信号采集点的个数；
[0038] 电波传播模型描述了无线电信号通过不同的地形地貌以后，在接受位置上能量衰 减值，它可以表示为：Lp = k log d+b，其中Lp是无线电信号的衰减值，d是信号源到测量 点的距离，k，b是两个常数，与信号源的发射天线的高度，接受天线的高度以及传播途径中 的地形复杂度有关；
[0039] 获取极值或最值步骤：根据数据处理步骤中建立的数学模型Delta = f (Gps)，随 机选取不同点作为起点，对Delta采用梯度下降算法计算极值；得到M个位置Gpsni使得 Delta = f (Gps)取得极值 Deltam;
[0040] 多个可能的信号源的位置的筛选步骤：以Gpsni为参考，推算每个信号采集点的电 波传播模型的参数，并用该参数判断信号源的位置的合理性；
[0041] 通过计算，得到M个Delta = f (Gps)的极值和最值，将每一个取得极值或者最值 的位置Gpsni代入以下公式运算：
[0042] 通过公式
1 十算每一个位置X的k参数，其中，4是可能的 信号源的位置X相对于第i信号采集点的的电波传播模型的k参数，R1是第i个信号采集 点的信号接收功率，f是所有点的接收功率的均值，山是X和第i个信号采集点的距离，N 是信号采集点的个数；
[0043] 接下来算出ki~kn，再计算ki~kn的方差S n;
[0044] 最后，取出Si~Sm中的最小值S _= min (S1,...