[发明专利]无人机移动监测中面向非圆信号的降维处理直接定位方法

说明书

本发明公开了一种无人机移动监测中面向非圆信号的降维处理直接定位方法，在建立算法模型时考虑信号的非圆相位信息，利用其椭圆协方差不为零的特点扩展接收信号矩阵，达到增大空间自由度的目的；结合直接定位技术和波达方向估计中Capon算法的思想，将多个观测站位置接收数据的协方差矩阵综合进行考虑，仅需要一个运动观测站便可实现多目标源的高精度定位；引入降维思想，有效解决非圆相位的引入带来的高复杂度问题。本发明避免了传统二步方法的中间参数和参数匹配问题，直接从原始接收数据层获取目标源位置信息，有效提升了定位精度；对接收信号矢量的扩展增大了算法的空间自由度，提高了分辨率，可同时估计更多信源。

技术领域

本发明涉及无源无线定位技术领域，尤其涉及一种无人机移动监测中面向非圆信号的降维处理直接定位方法。

背景技术

现有的辐射源定位方法中，大多将辐射源信号视作复圆高斯信号，信号模型太过简单，未能充分利用辐射源信号的特征信息，因此精度低。在建立信号模型时结合信号特征，有针对性地设计算法模型，可以提升算法的定位精度。非圆信号是现代通信系统中常用的信号类型，因此，研究针对非圆信号类型的辐射源定位方法具有较普遍的实用性且具有十分重要的现实意义。

传统二步定位技术需要先估计中间参数，中间处理环节的存在导致其不可避免地损失部分位置信息，且在多辐射源下，位置解算前还需要进行额外的参数匹配，因此难以获得渐近最优的估计性能，实用性低。直接定位技术直接从原始接收数据中估计辐射源位置，无需额外参数估计，有效避免了二步定位体制问题，具有更高的定位精度。直接定位技术可以比较方便地利用原始数据信息，因此结合信号特征的直接定位技术能获得更优的估计性能。但现有的结合信号特征的直接定位技术针对恒模信号、循环平稳信号等信号类型，不具普遍适用性，且未考虑降维问题，算法复杂度高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种无人机移动监测中面向非圆信号的降维处理直接定位方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

无人机移动监测中面向非圆信号的降维处理直接定位方法，包括以下步骤：

步骤1)，无人机在L个不同观测时隙接收多个非圆辐射源信号，对接收信号进行采样；

步骤2)，根据信号源的非圆特征，扩展接收信号矢量，分别计算不同观测时隙接收信号的扩展协方差矩阵，并利用Capon算法构造代价函数；

步骤3)，对代价函数进行降维，将非圆相位降维问题转化为二次优化问题；融合所有扩展协方差矩阵，构造降维后的代价函数；

步骤4)，对降维后的代价函数进行搜索，得到非圆辐射源的位置。

作为本发明无人机移动监测中面向非圆信号的降维处理直接定位方法进一步的优化方案，步骤1)中无人机在第l个观测时隙的第k个采样时刻的接收信号r_l(k)为

式中，r_l(k)为第l个观测时隙的第k个采样时刻的接收信号矢量，Q为非圆辐射源个数，为第q个目标源在第l个观测时隙内到天线阵列的信号流形矢量，s_l,q(k)表示第q个目标源在第l个观测时隙内第k个采样快拍时刻的信号波形，为第l个观测时隙的第k个采样时刻天线阵列的噪声矢量，M为阵元数，假设噪声为与信号相互独立的复圆高斯白噪声。

作为本发明无人机移动监测中面向非圆信号的降维处理直接定位方法进一步的优化方案，所述步骤2)中扩展接收信号矢量并计算不同观测时隙接收信号的扩展协方差矩阵的具体步骤如下：

步骤2.1)，根据最大非圆率信号的特征扩展接收信号矢量：