[发明专利]一种基于精确传播模型的空时三维近场源定位方法

说明书

本发明涉及一种基于精确传播模型的空时三维近场源定位方法，该方法为:建立一个十字交叉阵列接收模型，在十字交叉阵列接收模型中建立三维直角坐标系，所述十字交叉阵列接收模型由位于X轴上的均匀线阵和位于Y轴上的的均匀线阵组成；设定存在K个近场目标，第k个近场目标S_k以电角{α_k,β_k}和距离r_k入射到十字交叉阵列接收模型上；分别在X轴和Y的所有阵元上获取累积量矩阵，将累积量矩阵以伪快拍N进行均匀采样，得到两个累积量矩阵，采用DOA矩阵法得到电角α的估计值以及β的估计值；该方法能够在均匀交叉十字阵列的前提下，得到可自动配对的近场二维电角以及距离参数，并提高了定位算法的估计精度，同时利用DOA矩阵法进行定位避免了过高的计算复杂度和额外的配对过程。

技术领域

本发明涉及近场信号定位技术领域，尤其是涉及一种基于精确传播模型的空时三维近场源定位方法。

背景技术

近场信号定位应用于雷达、声呐、无线通信等领域。由于其应用越来越广，因而得到了广泛的关注。起初，近场的定位算法主要是将远场定位算法改进，从而应用于近场。例如，基于近场的MUSIC算法，该算法实现简单，但其涉及到多维搜索，计算量巨大。近些年来，众多学者利用一些降维技术将多维搜索降至一维搜索，从而提高了计算效率，但谱峰搜索固有的高复杂度依然存在。另一方面，基于精确传播模型的空时三维近场源定位方法充分利用了信号的时域信息和空域信息，可以获得更好的性能，而目前在三维场景下的近场源估计算法很少将时域信息利用起来，导致了一定的精度损失。此外，许多现有的三维近场源估计算法都不是基于精确空间传播模型的，这与实际的定位情况不符，现有的研究表明这类算法在考虑幅度衰减时会出现不同程度的饱和现象，进而导致算法失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在均匀交叉十字阵列的前提下，得到可自动配对的近场二维电角以及距离参数，并且整个参数估计过程复杂度低以及参数配对准确率高的基于精确传播模型的空时三维近场源定位方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于精确传播模型的空时三维近场源定位方法，该方法包括下列步骤:

S1、建立一个十字交叉阵列接收模型，在十字交叉阵列接收模型中建立三维直角坐标系，所述十字交叉阵列接收模型由位于X轴上的均匀线阵和位于Y轴上的均匀线阵组成；所述X轴的均匀线阵包含M＝2P+1个阵元，所述Y轴上的每一个线阵均包括M＝2P+1个阵元，P表示单边阵元数，位于坐标原点处的阵元作为参考阵元，阵元与阵元之间的间距设定为d＝λ/4，λ表示入射信号的波长；

S2、在三维直角坐标系中，设定存在K个近场目标，第k个近场目标S_k以电角{α_k,β_k}和距离r_k入射到十字交叉阵列接收模型上，其中，k表示信源个数，k＝1,2,…,K；设定第k个信源与位于X轴的(l,0)处的阵元距离为r_x,l,k，其中l＝-m,...,0,...m，则第k个信源到达位于X轴的(l,0)处的阵元的振幅相位因子为：其中，γ_x,l,k表示第k个信源与位于X轴的(l,0)处的阵元的振幅因子，τ_x,l,k表示第k个信源与位于阵列X轴(l,0)处的阵元的传播时延导致的相位因子，利用菲涅尔近似，得到τ_x,l,k≈lω_xk+l²μ_xk，设定第k个信源与位于Y轴的(0,l)处的阵元距离为r_y,l,k，其中l＝-m,...,0,...m，则得到第k个信源到达位于Y轴的(0,l)处的阵元的振幅相位因子为其中，γ_y,l,k表示第k个信源与位于Y轴的(0,l)处的阵元的振幅因子；τ_y,l,k表示第k个信源与位于阵列Y轴(0,l)处的阵元的传播时延导致的相位因子，利用菲涅尔近似，得到τ_y,l,k≈lω_yk+l²μ_yk，