[发明专利]多互质阵列协同室内辐射源定位装置和方法

权利要求书

1.多互质阵列协同室内辐射源定位装置，其特征在于，包括如下模块：

数据采集模块：所述数据采集模块通过在室内布置阵列天线和USRP测量并收集当前室内信号，所述阵列天线组成多互质阵列结构，阵列天线的输出端与USRP的输入端连接，阵列天线对室内信号进行时域采样并将采样得到的信号传输给USRP；

数据处理模块：所述数据处理模块的输入端与USRP的输出端通信连接，获得当前室内环境的采样信号，并对采样信号进行处理，获得当前室内辐射源的位置估计；

显示模块：所述显示模块的输入端与数据处理模块的输出端通信连接，在电脑端或手机端显示当前室内环境的频谱信息以及辐射源定位信息。

2.如权利要求1所述的多互质阵列协同室内辐射源定位装置，其特征在于：所述多互质阵列结构由两个阵元数分别为2M和N的均匀线阵组成，阵元间距分别为Nλ/2和Mλ/2，其中，M和N为互质数且M＜N，λ为载波波长；两个均匀线阵仅在原点处有一个阵元重合，阵元总数为2M+N-1。

3.采用如权利要求2所述的多互质阵列协同室内辐射源定位装置的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：分别使用多互质阵列结构的阵列天线接收信号，得到多个阵列接收信号矩阵；

步骤2：根据多个阵列接收信号矩阵，分别计算多个接收信号的协方差矩阵；

步骤3：将协方差矩阵向量化处理，将获得的向量按相位进行排序并删除冗余元素，截取连续阵元部分，得到连续虚拟阵列接收信号；

步骤4：对连续虚拟阵列接收信号使用空间平滑算法，获得空间平滑协方差矩阵；

步骤5：对空间平滑协方差矩阵使用DOA估计算法，获得各个互质阵列的角度估计结果；

步骤6：利用几何特性，找出各角度延长线的交点，交点位置即为室内辐射源位置的估计结果。

4.如权利要求3所述的多互质阵列协同室内辐射源定位装置的定位方法，其特征在于：步骤1具体如下：

在室内建立平面坐标系，假设室内存在位于(x_s，y_s)的辐射源，来自该辐射源的信号分别入射到多个互质阵列上，对于任一互质阵列来说，信号到达角为θ，阵列接收信号表示为

X＝as+N

其中，s＝[s(1)，s(2)，…，s(L)]为入射到互质阵列的信号向量，L为快拍数，s(l)为互质阵列对信号的第l次采样结果，l＝1，2，…，L；N为阵列的加性高斯白噪声，均值为零，方差为阵列的方向向量表示为

其中，d₀＝λ/2，d＝{d₁，d₂，…，d_T}为互质阵列的阵元位置集合，厂为互质阵列的总阵元数。

5.如权利要求4所述的多互质阵列协同室内辐射源定位装置的定位方法，其特征在于：步骤2、步骤3具体如下：

接收信号X的协方差矩阵由计算得到，将进行向量化处理得到

其中，看作一个长虚拟阵列的方向向量，为信号功率，I为单位矩阵，上标H表示共轭转置；

由于互质阵列的虚拟阵列由一段连续的均匀线阵和一些不连续的阵元组成，均匀线阵的范围为[-(MN+M-1)d₀，(MN+M-1)d₀]，即虚拟阵列的中间2M(N+1)-1个阵元是连续分布的，所以删除中重复的元素，并截取连续阵元部分，得到连续虚拟阵列接收信号

其中，b＝[b₁，b₂，…，b_P]^T为连续虚拟阵列的方向向量，P＝2M(N+1)-1为连续虚拟阵元总数，向量仅有中间的元素即第(P+1)/2个元素为1，其余元素均为零。