[发明专利]一种基于多个均匀线阵的近场三维空间定位方法

说明书

本发明属于目标定位技术领域，具体涉及一种利用多个均匀线阵三维近场空间定位方法。本发明的方案将将k个均匀分布的传感器按一定方式排布，传感器接收的球面波前与由所有可能的到达角度组成的圆锥体相交成一个圆，利用K个圆相交定出一个点，即目标位置，对目标进行定位。本发明可以准确估计出目标的位置，方法简单，效果良好。

技术领域

本发明属于目标定位技术领域，具体涉及一种基于多个均匀线阵三维近场空间定位方法。

背景技术

传统的基于阵列的定位方法，利用到达角(AOA)实现目标定位，这些方法广泛地应用于通信、雷达、航海等领域。一些经典的AOA算法，如MUSIC和ESPRIT，利用一维角实现二维定位并通过二维角实现三维空间的定位。一般来说，很难实现同时对目标的方位角和仰角的精确估计，因为仰角的精度取决于面阵和圆阵的范围和阵列孔径。在某些条件下，很难获得准确的方位角和仰角的测量，例如小孔径均匀圆阵(UCA)。值得注意的是基于一维阵列的AOA算法已经非常成熟，定位精度非常高。因此，利用多个一维均匀线阵(ULA)进行三维目标定位。

在近场中，通常用到达角和距离来定位。但在三维空间中，一维线阵很难确定到达角，我们只能得到一个由所有可能的角度组成的圆锥体。另外，阵列在近场接收到的源的入射波前是近似的球面波，不能简单地近似为平面波。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种利用均匀线阵三维近场空间定位方法。

本发明采用的技术方案是：

将k个均匀分布的传感器按一定方式排布，传感器接收的球面波前与由所有可能的到达角度组成的圆锥体相交成一个圆，利用K个圆相交定出一个点，即目标位置，对目标进行定位。

基于均匀线阵三维近场空间定位方法，包括以下步骤：

S1、假设目标的位置为x＝[x,y,z]^T，第k个阵列的中心位置为x_k＝[x_k,y_k,z_k]^T.同样地，第k个阵列的中心传感器单位方向矢量p_k。最后，到达角度和目标与阵列的距离可以表示为

其中，θ_k和l_k是真实到达角度与目标与阵列的距离，和分别代表测量角度误差和距离误差,它们都服从高斯分布且均值为零，方差分别为

S2、下面利用到达角和距离公式进行推导，可以得到目标位置。

首先，将式子(1)写为

利用式子(2)，将(3)进一步写为

将(2)平方后得到

定义y＝[x x^Tx]^T                                         (6)

由式子(4)(5)可以写成一个线性方程

Ay＝b+ε   (7)

其中，

其中一项

其中，

式子(6)的加权最小二乘解可以写成