[发明专利]多互质阵列协同室内辐射源定位装置和方法

说明书

本发明公开了多互质阵列协同室内辐射源定位装置，该装置包括使用多互质阵和通用软件无线电外设（Universal Software Radio Peripheral,USRP）测量并收集当前室内信号的数据采集模块，对采集到的信号进行处理并得到信源位置的数据处理模块，以及显示所处环境频谱信息和定位信息的显示模块。本发明还公开了使用多互质阵列协同室内辐射源定位的方法，该方法使用多个互质阵分别进行角度估计，然后利用几何特性找出各角度延长线的交点，该交点即为辐射源的位置。本发明通过布置多阵列天线实时获取室内信源分布情况，通过使用互质阵列提升估计精度，具有良好的推广前景。

技术领域

本发明属于无线电信号发现与定位技术领域，具体为空间谱估计领域，尤其涉及一种多互质阵列协同室内辐射源定位装置和方法。

背景技术

在各类重要会议、大型纪念活动、大规模统一考试等场合，无线电安保工作的重要性日益凸显。及时发现并定位异常无线电信号，直观展示一定区域内辐射源分布情况，将对保障活动的顺利进行以及确保办公环境保密性等起到重要作用。

阵列信号处理作为现代信号处理的重要分支之一，在无线通信、雷达等许多领域有着极为广泛的应用。阵列信号处理的主要内容是将多个天线按特定位置放置于空间不同位置组成天线阵列，通过对阵列接收信号的一系列处理来抑制干扰噪声和不感兴趣的信息，同时提取信号的有用特征信息。常见的均匀线阵天线布局方式仅能获得一维角度估计，不能实现信源的二维空间定位，且阵列的空间自由度较低、阵元间相互影响较强，估计精度受限。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种多互质阵列协同室内辐射源定位装置和方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

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。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，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。

此外，本发明还提出了采用上述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。

进一步地，步骤1具体如下：