基于GDOP分析的GSM‑R干扰源融合定位方法与流程

技术特征：

1.基于GDOP分析的GSM-R干扰源融合定位方法，其特征在于，包括下述步骤：

A、对同时监测到同一干扰信号的监测站的确定及各自的信号接收质量评估：

当某个监测站X₁检测到干扰信号时，记录该干扰信号的频点和时间信息，再在该监测站X₁附近搜寻同一时刻接收到该干扰信号的其他监测站，依据各监测站接收到的该干扰信号的信号和噪声的有效功率之比，即信噪比，筛选出信噪比满足预设门限要求的N个监测站，N≥3；

B、根据筛选出的N个监测站的干扰信号接收功率大小以及监测站的相互位置关系确定干扰源的所在区域：

首先，分析干扰源采用天线类型，判断其属全向天线或定向天线；

然后，基于分析得到的天线类型确定干扰源的所在区域：若干扰源采用全向天线，则利用信号接收功率最大的3个监测站确定干扰源处于监测网中的基本三角单元位置，即3个监测站组成的等边三角形内部为干扰源所在区域；若干扰源采用定向天线，先根据各监测站的信号接收情况及其位置确定干扰源的主波束方向，再利用空间传播损耗与传播距离成正比的特性，反推出干扰源的所在区域；

C、对干扰源的大致区域进行不同条件下的定位误差分析：将不同数量、不同位置的监测站进行组合，依据各种组合条件下相应的角度测量误差和时差估计误差，结合测向交汇和时差定位体制，针对干扰源的大致区域进行定位误差分析；

D、根据定位误差分析结果，确定最佳的监测站组合和相应的定位体制：

统计定位误差的分布情况，以覆盖分析区域总面积的比例达到预定数值的定位误差大小，作为定位精度，比较不同定位体制对干扰源大致区域的定位精度，选择确定定位精度最佳的监测站组合和相应的定位体制；

E、完成干扰源位置的高精度融合估计：根据确定的最佳监测站组合和定位体制，对该干扰信号进行多次观测，并对每次独立测量所得的定位参数的误差进行计算评估，进而构造加权协方差矩阵，最后基于最小二乘的原理完成干扰源的高精度融合定位。

2.如权利要求1所述的基于GDOP分析的GSM-R干扰源融合定位方法，其特征在于，所述步骤C为：

将不同数量、不同位置的监测站进行组合，并在各种组合条件下，进行下述计算：

C1)利用角度估计精度的克拉美罗下届公式分析得到各种组合条件下的角度测量精度,其中d为阵列天线阵元间距，λ为信号波长，θ为来波方向，N_s为角度估计时据的样点数，SNR为接收信号信噪比；

C2)利用时差估计精度的CRLB公式分析得到各种组合条件下的时差测量精度，其中B为信号带宽，SNR为相关输出信噪比，其表达式为B_n是噪声带宽、T是信号持续时间，snr₁、snr₂分别为相关提取时差时两路信号的信噪比；

C3)利用测向交汇定位精度的CRLB公式对干扰源大致区域进行定位误差分析，测向交汇定位精度的CRLB公式为：

$CRLB\left(r\right)={\left\{{\left(\frac{\∂\mathrm{\θ}}{\∂r}\right)}^T{Q}^{-1}\left(\frac{\∂\mathrm{\θ}}{\∂r}\right)\right\}}^{-1}$

其中，r表示干扰源的位置矢量，T表示矩阵转置，为角度测量误差的协方差矩阵，σ_i,i＝1…M为第i次角度测量的误差；

角度关于干扰源位置的微分矩阵表达式如下：

$\frac{\∂\mathrm{\θ}}{\∂r}=\left[\begin{array}{cc}-\frac{y-y_1}{{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2}& \frac{x-x_1}{{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2}\\ -\frac{y-y_2}{{(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2}& \frac{x-x_2}{{(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2}\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ -\frac{y-y_M}{{(x-x_M)}^2+{(y-y_M)}^2}& \frac{x-x_M}{{(x-x_M)}^2+{(y-y_M)}^2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}-\frac{{\mathrm{sin\θ}}_1}{d_1}& \frac{{\mathrm{cos\θ}}_1}{d_1}\\ -\frac{{\mathrm{sin\θ}}_2}{d_2}& \frac{{\mathrm{cos\θ}}_2}{d_2}\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ -\frac{{\mathrm{sin\θ}}_M}{d_M}& \frac{{\mathrm{cos\θ}}_M}{d_M}\end{array}\right]$

式中，为第i个观测点所在位置与干扰源之间的直线距离；

再利用时差定位精度的CRLB公式对干扰源大致区域进行定位误差分析,时差定位精度的CRLB公式如下：

P_dr＝E[drdr^T]＝B(c²P_τ)B^T

其中，为P_τ时差测量误差协方差矩阵,B＝(A^TA)^-1A^T，A为时差关于干扰源位置的微分：

$A=\left[\begin{array}{c}\frac{\∂r_1}{\∂r^T}-\frac{\∂r_0}{\∂r^T}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{\∂r_M}{\∂r^T}-\frac{\∂r_0}{\∂r^T}\end{array}\right]$

其中，r为干扰源的位置矢量，r_i,i＝1…M为干扰源到第i个监测站的距离矢量，c为光速。

3.基于GDOP分析的GSM-R干扰源融合定位方法，其特征在于，所述步骤E为：

根据确定的最佳监测站组合和定位体制，对该干扰信号进行多次观测，并依据每次独立测量的定位参数误差构造加权协方差矩阵，最后基于下述最小二乘估计公式，完成GSM-R干扰源的高精度融合定位：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_{WLS}={\left(H^{T}WH\right)}^{-1}{H}^{T}Wz$

其中，是待估计量，也即干扰源位置，H为观测矩阵，W为构造的加权协方差矩阵，z为多次观测构成的观测矢量。