[发明专利]一种基于多径信号空间谱的被动式目标定位方法

权利要求书

1.一种基于多径信号空间谱的被动式目标定位方法，在监测范围内设置两个阅读器分别为阅读器A和阅读器B，阅读器A设置在监测区域一方边缘的中间位置，阅读器B设置在另一方边缘的中间位置，每个阅读器上连接有天线阵列，所述的天线阵列包括M个等距设置的天线，分别对阅读器A和阅读器B上M个天线从一边到另一边依次编号为1,2…M，分别将阅读器A和阅读器B上的第一个天线标记为参考天线，在监测范围内随机设置K个标签，其中M≥2，K≥1；

其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在监测范围内测量每一个标签和阅读器A之间的相位值和幅值作为基准数据；

步骤二，在监测范围内随机设置目标，测量每一个标签和阅读器A之间的相位值和幅值作为对比数据；

步骤三，除去基准数据和对比数据中相位值的相位差，根据公式X＝A·e^iω，其中A表示幅值，ω表示相位值；将基准数据中的幅值和除去相位差后的相位值代入该公式得到基准数据的阵列信号X1，将对比数据中的幅值和除去相位差后的相位值代入该公式得到对比数据阵列信号X2；具体包括：

3.1，求解等式：得到相位差矩阵其中K是标签的总个数，为第k个标签的反射信号的方向向量,为第k个标签的噪声子空间，Γ为天线的相位差对角矩阵，对监测区域内每个标签进行编号为1,2…K，将阅读器A所在监测区域的边缘近似成一条直线，以阅读器A为圆心在监测区域内画半圆，按照逆时针方向，对半圆进行0～180°范围的角度划分，逆时针标记的初始角为0°，将每个标签与阅读器连接，此时标签在半圆上对应的角度即为标签与阅读器A之间的角度θ，获取每个标签与阅读器A之间的角度θ，θ^k为第k个标签与阅读器A之间的角度，θ^k的取值范围为0°～180°；

3.2将步骤一中得到的基准数据中的相位值减去相位差矩阵得到校正后的基准数据，将步骤二得到对比数据中的相位值减去相位差矩阵得到校正后的对比数据；

3.3根据步骤3.2中得到的基准数据中的幅值和除去相位差后的相位值得到基准数据的阵列信号X1；根据对比数据中的幅值和除去相位差后的相位值得到对比数据阵列信号X2；

步骤四，将步骤三中得到的校正后的对比数据和基准数据进行处理，产生对比数据AOA谱和基准数据AOA谱，以这两组AOA谱中的阅读器A为圆心在监测区域内画半圆，按照逆时针方向，对半圆进行0～180°范围的角度划分，逆时针标记的初始角为0°，比较这两组AOA谱中所有波峰对应的峰值大小，找到对比数据AOA谱的峰值小于基准数据AOA谱的峰值的所有波峰，记录这些波峰的中心线在半圆中所对应的半径，每一个半径所在的直线确定一条路径，得到阅读器A对应的多条路径记为La1,La2…Lah，其中h表示直线的个数，K≤h；

步骤五、将阅读器A用阅读器B替换，执行步骤一至步骤四，得到阅读器B对应的多条路径记为Lb1,Lb2…Lbe，其中e表示直线个数，K≤e；

步骤六、步骤四得到的路径La1,La2…Lah与步骤五得到的路径Lb1,Lb2…Lbe在监测区域内存在多个交点，利用似然函数找到交点最密集的区域，该区域即为目标物体的位置。

2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述的步骤四具体包括,

4.1，根据公式X1＝AS+n，其中，X1表示基准数据的阵列信号，A表示基准数据的幅值，n表示噪声，S表示源信号，其中S＝[s₁,...,s_p]^T；s_p表示基准数据的第P个源信号，

利用公式：

计算得到在M个天线下沿着θ^P方向下的基准数据信号能量P₁(θ^P)，此时公式(1)中的x_m是指步骤三中得到的基准数据阵列信号X1中的第m个天线的测量信号，其中M表示天线个数，其中1≤m≤M，ω(m,θ^P)表示天线m与参考天线之间的相位差,s_p表示基准数据的第P个源信号，d表示阅读器A上每两个相邻天线之间的间距，λ表示源信号的波长，θ^P表示标签与阅读器A之间第p个角度；

4.2根据公式X2＝AS+n，其中，X2表示对比数据的阵列信号，A表示对比数据的幅值，n表示噪声，S表示源信号，其中S＝[s₁,...,s_p]^T；s_p表示对比数据的第P个源信号；利用公式：

计算得到在M个天线下沿着θ^P方向下的对比数据的信号能量P₂(θ^P)，公式(2)中的x_m是指步骤三中得到的对比数据阵列信号X2中第m个天线的测量信号；其中M表示天线个数，其中1≤m≤M，ω(m,θ^P)表示每个天线与参考天线之间的相位差，s_p表示对比数据的第P个源信号，d表示阅读器B上每两个相邻天线之间的间距，λ表示源信号的波长，θ^P表示标签与阅读器A之间第p个角度；

4.3，将步骤三得到的X1和X2分别代入music算法，得到相应的AOA谱B₁(θ^P)和B₂(θ^P)，分别对B₁(θ^P)和B₂(θ^P)进行归一化处理，得到相应的标准化函数Nor(B₁(θ^P))和Nor(B₂(θ^P))；

4.4，将P₁(θ^P)和Nor(B₁(θ^P))点乘得到基准数据的能量AOA谱，将P₂(θ^P)和Nor(B₂(θ^P))点乘得到对比数据的能量AOA谱，得到对比数据的能量AOA谱；

4.5，以步骤4.4得到的两组AOA谱中的阅读器A为圆心在监测区域内画半圆，按照逆时针方向，对半圆进行0～180°范围的角度划分，逆时针标记的初始角为0°，比较这两组AOA谱中所有波峰对应的峰值大小，找到对比数据AOA谱的峰值小于基准数据AOA谱的峰值的所有波峰，记录这些波峰的中心线在半圆中所对应的半径，每一个半径所在的直线确定一条路径，得到阅读器A对应的多条路径记为La1,La2…Lah，其中h表示直线的个数，K≤h。