宽带跳频TDMA辐射源网群的定位及网群划分方法

为了解决现有方法难以对宽带跳频时分多址(frequency hopping-time division multiple access,FH-TDMA)辐射源网群定位的问题,提出一种仅利用波达方向(direction of arrival,DOA)信息的多站定位及网群划分方法。首先通过模拟滤波对各站接收到的信号进行频段划分,通过基于多相滤波的数字信道化方法把信号输出到多个信道中;然后通过直接定位(direct position determination,DPD)算法计算得出各时隙辐射源的位置;最后先通过不同参数的基于密度的噪声应用空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)算法选择出最佳的辐射源定位结果,再根据提出的基于先验信息的改进K-means聚类算法进行网群划分。所提方法实现了采样率和信号处理速率的降低,且无需站间严格的时间同步。结果表明,所提方法有效估计出了辐射源的数量、位置,以及网群划分情况。

编码孔径辐射成像定位技术

随着核物理技术的广泛应用及其辐射防护对放射源的成像需求在不断增加。编码孔径成像定位系统作为一种高精度的放射源成像及定位装置,可以准确定位放射源的位置并重建放射源的大致形状,本文探究编码孔径成像定位中的多种重建算法对具有连续能谱的放射源位置及形状重建效果对比,从而确定不同重建算法的优缺点及其适用的场景。利用Geant4软件对编码孔径成像定位系统进行模拟,得到相关数据再使用δ解码算法、精细采样平衡解码算法、卷积神经网络算法、最大似然最大期望值法(MLEM)进行编程实现并重建放射源的位置。结果表明:4种重建算法都可以清晰地定位到放射源的位置;δ解码算法和精细采样平衡解码算法重建图像有伪影;卷积神经网络算法对于线源、面源重建效果较差,可以通过扩展训练集解决;MLEM算法的对比度-噪声比(CNR)值较高,重建效果较好,但是对线源和面源重建会丢失部分细节信息。

基于运动单站的LTE辐射源定位技术

长期演进(LTE)信号具有覆盖范围广泛、带宽大、自相关特性良好、抗衰落能力强及发射功率大等诸多有利于定位的优点,是一种可用于定位的主要机会信号。基于LTE信号的定位方法需要利用辐射源的位置信息进行解算,在非合作环境中获取基站的位置信息是使用LTE信号进行定位的基础。提出了一种利用移动单站获取LTE辐射源位置的定位方法,以到达时间差(TDOA)为观测量,建立了包含钟差校准的定位模型,并从单站的运动轨迹和初始点选取两个方面分析了算法的收敛性和定位精度。通过行人以及车载两种方式,在实际环境中对定位方法的性能进行了测试,实验结果表明,该方法的定位误差小于10 m。

基于电磁频谱地图的辐射源定位算法

针对非协作条件下采集的电磁数据残缺且受噪声和干扰污染严重所导致的电磁频谱地图仅能粗略反映辐射源位置分布问题,基于分布式感知网络架构,提出一种基于电磁频谱地图的辐射源精确定位算法。算法利用目标区域中随机部署的感知节点采集的电磁数据,借助克里金插值算法构建出目标区域的电磁频谱地图;通过分析电磁信号强度以及辐射覆盖区域的变化规律,得到辐射源的潜在位置集合;再结合电磁信号传播的路径损耗模型,判断出集合中的最佳估计位置,完成辐射源定位。仿真结果表明,上述算法能够从电磁频谱地图中获取更精确的辐射源位置信息,在定位精度和稳定性上优于现有的同类型定位算法。

基于持续到达信号强度的辐射源定位方法

为了提高辐射源的定位精度,提出了一种基于持续到达信号强度的定位方法。通过在特定区域内随机分布5个以上观测点,在其观测点持续监测信号源频率的电磁波信号强度,根据监测到的每个观测点的信号强度和持续时间,以及电磁波在自由空间中传输的距离与损耗的关系,采用多元线性回归的方法推算出辐射源的三维坐标完成辐射源定位。结果表明,观测点位置误差和各观测点监测时间误差是降低发现目标的成功率和精度的主要因素;观测点的测量误差对定位成功率和定位精度的影响较小;增加监测点数量可明显提高定位成功率和定位精度,但会增加成本;增加持续监测的时间可在监测点数量较少的情况下,有效抵消位置误差、时间误差对定位成功率和定位精度产生的影响,达到比增加测点数更好的效果。所提辐射源定位方法可在不增加硬件成本的基础上,以降低实时性为代价,大幅度提高定位成功率和定位精度,可适用于对实时性要求较低的电磁辐射源定位场景。

基于空间分布稀疏特性的多辐射源直接定位方案

针对多个时频域混叠的辐射源位置识别问题,提出了一种基于空间分布稀疏特性的无源直接定位方案。分别在接收站采用单天线和天线阵列2种场景下,建立了压缩感知模型和对应的定位优化问题;采用正交匹配追踪和二阶锥规划算法进行稀疏重构,根据稀疏向量映射得到多个辐射源位置。仿真结果表明,所提方案的在线计算复杂度均低于基于网格搜索的直接定位方法,且分布式单天线场景下可获得远优于两步间接定位方案的精度。

一种基于电磁态势数据聚类的辐射源定位算法

辐射源定位是战场军事行动的重要基础。而复杂战场电磁环境下,难以建立有效的传播模型,同时在多辐射源的条件下传统的定位方法难以快速准确定位。针对上述问题,基于分布式电磁态势感知网络,提出了一种智能优化感知节点位置的辐射源定位方法,采用改进的布谷鸟搜索(Cuckoo Search)算法进行网络中感知节点位置寻优,再利用克里金插值(Kriging Interpolation)来实现电磁态势的感知,以及对电磁态势数据进行结合峰值密度聚类(Density Peaks Clustering,DPC)思想的K-means聚类从而实现辐射源定位。该方法能够在初始部署不理想的条件下调整感知位置,实现无先验信息的目标辐射定位。实验表明,所提方法在多目标复杂环境下,插值精度优于随机部署和普通布谷鸟优化感知位置的克里金插值,在感知区域为4 km×4 km,节点总数为40000个,且感知节点占比1%的条件下,平均定位误差为47.28 m,具有一定的应用前景。

混合信道下基于到达时间的快速直接定位算法

为了实现复杂环境下视距(Line-of-Sigh,LOS)与非视距(Non-Line-of-Sigh,NLOS)同时存在的混合信道中的目标辐射源直接定位(Direct Position Determination,DPD),提出基于到达时间(Time-of-Arrival,TOA)的快速直接定位算法。该算法充分挖掘不同信道信号中的信息参数,采用最小二乘法原理构建代价函数,无需估计定位参数,避免了传统两步定位法所需的NLOS识别与数据关联。引入粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法精确估计目标辐射源的位置信息,以降低计算复杂度。将所提定位算法与基于TOA的两步定位法在定位精度方面进行对比,仿真结果表明,所提算法定位精度高于两步定位法,且可以逼近克拉美罗下界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB),能够快速定位混合信道中的目标辐射源。

电离辐射监测技术在核事故应急响应中的应用研究

文章讨论了电离辐射监测技术在核事故应急响应中的多方面应用,包括现场监测、辐射源定位、辐射污染预测、人员辐射剂量监测、食品和水源监测及放射性废物管理。利用多种数据采集与处理方法,说明了数据监测技术的重要性。

甚高频闪电辐射源的定位与同步观测试验

闪电宽带干涉仪是一种新型的辐射源定位系统,该系统实现了电场变化、辐射源位置和辐射频谱等多个闪电物理参量的同步观测,利用人工放电源对该系统的测试和误差标定发现定位角度均方根误差小于1°,对闪电的实际观测结果表明该系统能够较好地再现闪电通道时空演变特征,并能在空中不同位置有多个辐射源同时出现的情况下进行有效定位,该系统结构简单、容易实现,它不仅适应于闪电观测,也可对其他快速运动的甚高频辐射源进行追踪定位。

基于CWLS的多运动站TDOA/GROA辐射源定位算法

针对多运动站的到达时间差(TDOA)和到达增益比(GROA)的辐射源定位问题,提出了一种无源定位算法。传统定位模型需要利用中间变量构造线性方程,不适用于多运动站连续定位。针对该问题,本文推导了无需中间变量的TDOA/GROA联合定位模型,然后根据量测模型推导了误差项,并推广到所有历史量测,提出了基于约束加权最小二乘(CWLS)的多运动站辐射源定位算法,最终通过对加权矩阵和约束矩阵进行广义特征值分解得到目标的状态估计。所提算法避免引入中间变量带来冗余的问题,无需初始化过程,性能更加稳健。仿真结果表明该算法性能逼近克拉美罗下界(CRLB)且是渐进无偏的。

闪电VHF辐射源三维定位系统仪器误差处理

为了提高闪电VHF辐射源三维定位系统的探测效率和定位精度,根据其运行原理对其定位误差的可能来源进行了分析,特别是针对GPS时钟的授时原理和高速采集卡工作原理以及观测站位置等可能造成误差的系统原因进行了分析。结果表明,三者误差是造成闪电三维定位结果不准确的主要设备误差。利用闪电VHF辐射源三维定位系统得到的定位结果信息,计算出了其到达观测站的时间,并与实测的到达时间进行了差值分析,拟合出一条偏差直线,得到其误差演变规律,并对该误差进行分析和纠正,得到了较好的结果,使闪电VHF辐射源三维定位系统的探测效率有较大提高,其定位结果更加可靠。

基于角度和时差的单站多外辐射源融合定位方法

针对利用单个观测站接收多个外辐射源信号对静态目标的定位问题,提出了一种基于融合的定位方法。首先依据单个外辐射源,建立时差和到达角的观测方程;然后构建测量误差的概率密度函数,利用最大似然估计得到目标位置的解析解;最后利用最大似然方法将依据单个外辐射源得到的目标位置进行融合,得到目标位置的融合解。仿真结果表明,文章多外辐射源融合定位的克拉美罗界(Cramer-Rao lower bound,CRLB)低于单外辐射源定位,联合角度(direction of arrival,DOA)和时差(time difference of arrival,TDOA)定位的CRLB低于仅利用时差定位,且文章算法的定位误差逼近CRLB。系统几何精度因子(geometric dilution of precision,GDOP)图表明,影响定位精度的主要因素是测量误差、目标的位置和辐射源个数及位置。

基于一次反射的室内WiFi辐射源单站定位方法

为了解决WiFi外辐射源雷达现场应用中首先需要实时获取室内辐射源位置的问题,通过详细分析室内环境中信号的反射方式和特性,利用一次反射信号建立了WiFi辐射源测量的到达时间差(TDOA)模型,并分析推导出辐射源坐标求解方程。对于该非线性方程,先利用Taylor展开在初值处将其线性化,然后利用高斯牛顿迭代法估计辐射源坐标,且具有较快的收敛速度。仿真分析表明其所提算法可实现室内辐射源定位,且因方程线性化带来的精确度损失可通过迭代得到快速补偿。

机载TDOA系统辐射源定位算法

推导了利用三站测距信息对合作空中目标三边定位及机载平台利用时差信息对地面辐射源无源定位的非线性方程组闭式解求解方法，两种算法不需要作迭代运算，诸量小，求出的解是方程组的精确解。

基于到达信号强度的空中目标辐射源定位方法

针对空中目标辐射源的定位问题,根据电磁波在空间中传输的距离与所产生损耗的关系,提出一种基于到达信号强度的多站无源定位方法。该方法假设特定频率的信号只来自于某未知的空中目标,并需要在某区域内随机分布5个以上观测点,用以同步监测特定频率的电磁波信号强度。根据监测的信号强度,利用多元线性回归的方法即可推算出未知目标的经度、纬度、高度及信号强度。信号噪声、目标运动速度、各观测点监测时间误差和观测点位置误差将降低发现目标的成功率,而观测点数量的增加可提高发现目标的成功率。定位的精度则主要受目标运动速度、观测点监测时间误差及观测点位置误差的影响,这几项因素值越小,定位误差越小。仿真结果表明,该方法适用于发现和定位低速运动的空中目标辐射源。

移动辐射源AOA-TDOA-FDOA联合定位闭合解算法

移动辐射源无源定位是电子对抗领域需要解决的关键问题之一。基于到达时间差(TDOA)与到达频率差(FDOA)的联合定位闭合解算法是解决上述问题的有效途径之一,但完成一次定位至少需要5个协同平台才能达到该算法的应用条件。在保持无源定位闭合解框架的前提下,为减少协同平台个数,提出了一种融合到达角(AOA)观测量、TDOA观测量以及FDOA观测量的无源定位算法。当各观测量的观察噪声及传感器位置偏差均为高斯噪声且噪声强度适中时,可建立移动辐射源位置与各观测量及传感器位置的近似代数表达式,并由此形成AOA-TDOA-FDOA联合定位闭合解算法。进一步的理论分析表明,该算法的定位误差能达到克拉美罗界,数值仿真结果与理论分析结论吻合。

基于角度和多普勒频率的外辐射源定位系统的接收器最优航迹分析

该文提出了一种利用角度和多普勒频率的一发一收外辐射源定位体制,针对运动目标,给出了接收站的最优航迹规划。该文采用定位的位置误差(Geometrical Dilution Of Precision,GDOP)作为优化对象,具体分析2维目标定位的优化问题,通过一边估计目标一边优化接收站运动的方法,使用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)估计目标的位置和速度,以达到在定位的各个时刻能够得到最优的定位精度。仿真实验验证了该方法的有效性。

Gray微束定位辐射准确性的研究

对Gray微束装置的定位辐射准确度进行了全面的实验研究。微束定位辐射的能力表现在辐射点的准确度高低和离子分布区域的大小二个方面。辐射点的准确度取决于样品架的回访精度和图像处理系统的样品识别准确度 ;离子的分布取决于瞄准器的结构。通过对 3 5MeV的3 He2 + 离子辐射后CR39样品上留下束斑的大小和中心位置的分析 ,得到了有关Gray微束定位辐射能力的数据。在辐射点准确度方面 ,仅由样品架参与工作时 ,真实辐射点落在以预定辐射点为中心 ,以 1 5和 1 2 5 μm为半径的圆内的概率分别为 99 1%和 97 9% ;如果样品架和图像处理系统共同作用 ,那么真实辐射点落在相应区域内的概率分别为 98 4 %和 96 4 %。在离子的分布上 ,大于 99 5 %的离子分布在以真实辐射点为中心、以 7 5 μm为直径的圆内 ,其中的 99 1%又集中在直径为 5

一种基于运动相位干涉仪的辐射源定位方法

提出了一种基于运动相位干涉仪的静止辐射源无模糊定位方法,该方法包括建模、相位差采集、基于单次测量的辐射源位置概率计算、迭代计算与辐射源位置确定等步骤。该方法根据相位干涉仪运动过程的每一次相位测量结果,计算可能区域内的辐射源位置产生该测量结果的概率,并迭代传递这一概率,直至辐射源位置概率计算结果满足迭代停止条件为止。该定位方法有望实现静止辐射源的快速无模糊定位。