一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离计算方法
【专利摘要】该发明公开了一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离计算方法，于冲击噪声环境下对近场信号源进行参数估计领域，涉及利用均匀圆阵对复杂环境下近场信号的分数低阶矩处理技术。利用圆形接收天线阵列接收到数据后，先计算各数据的空间符号函数，进而计算得到两类协变异矩阵，通过第一类协变异矩阵的相角计算出信号源的波达方向，通过第二类协变异矩阵的相角计算出信号源离基站的距离，从而冲击噪声环境下目标定位过程中具有速度快、精度高、运算量小、成本低的效果。
【专利说明】一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离计算方法
【技术领域】
[0001] 该发明属于冲击噪声环境下对近场信号源进行参数估计领域，涉及利用均匀圆阵 对复杂环境下近场信号的分数低阶矩处理技术。
【背景技术】
[0002] 近场源定位问题在现代信号处理中具有重要的研究意义。近场源信号模型由于不 仅包含角度参数还包含距离参数，在均匀圆阵情况下，其位置参数由传统的远场窄带信号 源的一维（方位角）扩展到三维（方位、俯仰角及距离），增加了算法的复杂度及估计难度。
[0003] 为解决近场源参数估计问题，在高斯噪声环境下，一般采用基于二阶统计特性的 线性预测方法及采用高阶累积量的特征分析方法。上述方法在一定程度上提高了参数的估 计精度和复杂度。文献《冲击噪声背景下的近场源二维参数估计方法》[J]，王波，王树勋， 电路与系统学报，2005,10 (5) :5-9.利用均匀线阵为接收阵列研究了冲击噪声下的近场源 二维参数估计问题（方位角和距离），但该方法在均匀圆阵接收阵列下，无法直接扩展。并 且在冲击噪声环境下时，由于S a S噪声当且仅当0〈ρ〈 α〈2 ( α表示特征指数）时具有有限 的Ρ阶矩，因此S a S随机变量的二阶矩不存在，这样传统的基于二阶矩或高阶矩的子空间 测向算法不能应用于Sa S噪声环境中，该文献算法的性能将会发生恶化。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对【背景技术】的不足之处，改进设计一种冲击噪声环境下的近场 源角度和距离计算方法，从而达到目标定位过程中速度快、精度高、运算量小、成本低的目 的。
[0005] 本发明的技术方案是一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离估计方法，该方法 包括：
[0006] 步骤1 :在定位环境中规划一个圆形区域，将各天线等角度设置于该圆形区域的 边缘上；
[0007] 步骤2:将信号源置于定位环境中，各天线接收到信号源发射的信号并存储；
[0008] 步骤3 :将存储的各天线数据采用空间符号函数处理；
[0009] 步骤4 :使用步骤3处理后得到的数据采用公式：
[0010]
【权利要求】
1. 一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离计算方法，该方法包括： 步骤1 :在定位环境中规划一个圆形区域，将各天线等角度设置于该圆形区域的边缘 上； 步骤2 :将信号源置于定位环境中，各天线接收到信号源发射的信号并存储； 步骤3 :将存储的各天线数据采用空间符号函数处理； 步骤4 :使用步骤3处理后得到的数据采用公式：
求得第一类协变异矩阵&00， 其中，（Γ表示向量共轭，N表示采样次数，Sk(t)表示第k个阵元的第t次采样，k = 1， 2, ...，M/2, Μ表示接收天线总个数，式中
可以为任何非零值； 步骤5 :使用步骤3处理后得到的数据采用公式：
求得第二类协变异矩阵R2 (k)，其中，k = 1，2, . . .，3Μ/4 ; 步骤6:对协变异矩阵Rjk)取相角ω,，采用该相角计算出信号源的波达方向； 步骤7 :对协变异矩阵R2(k)取相角uk，使用该相角计算出信号源离基站的距离。
2. 如权利要求1所述的一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离计算方法，其特征在 于步骤1中接收天线个数一般为8至10个。
3. 如权利要求1所述的一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离计算方法，其特征在 于步骤3中的空间符号函数是：
其中：x(t)表示圆阵所有天线第t次采样的接收信号向量，Μ · | |代表二范数。
4. 如权利要求1所述的一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离计算方法，其特征在 于步骤6中对协变异矩阵& (k)取相角ω,，
其中k = 1，2,3，. . .，M/2，L表不均勻圆阵半径，λ表不波长，Θ表不信号入射的方位角变量，Yk = 2 π (k-1)/Μ表示第k个阵元的方位角，Φ表示信号入射的俯仰角变量，mk表示为整数， 假设mk = 0,则ω k可以表达为
矩阵ω ~ Yb，其中ω = [c〇i ω2…，则由最小二乘可得到 b = [bi b2]T = (γτγ)_1 Υτω 其中
利用下式就可得到角度的估计
5.如权利要求1所述的一种冲击噪声环境下的近场源角度和距 离计算方法，其特征在于步骤7中对协变异矩阵R2(k)取相角uk，可得
其中 k = 1，2,3,…·， 3M/4 ； 将其表达为矩阵形式有，
其中
由最小二乘可以得到距离r的估计
其中（)H表示共轭转置，（Γ1代表求逆，v为包含方位角和俯仰角的向量。
【文档编号】G01S11/04GK104215957SQ201410337757
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】郭贤生, 储磊, 李葆仓, 张研, 卢书洲, 万群 申请人:电子科技大学