卫星导航多干扰源直接定位方法

卫星导航信号到达地面时非常微弱,容易受到各种干扰,给用户带来一定的影响;针对此种情况,面向卫星导航系统多干扰源定位场景,传统两步定位算法受参数估计精度影响较大,DPD_MVDR算法虽然改进了MUSIC算法需要估计目标数这一缺点,但由于使用固定网格分辨率,定位精度与计算复杂度二者无法兼得;针对上述问题,提出一种改进DPD_MVDR的直接定位方法,在直接定位这一关键技术上运用自适应网格细化,其最大优势在于只对干扰源位置附近的网格实现多级细化,能很好地兼顾定位精度与计算复杂度,避免了传统穷举搜索带来的巨大计算复杂度;首先使用DPD_MVDR算法在粗网格下进行位置初始估计,然后在估计位置处进行迭代自适应网格细化,在降低计算复杂度的同时,提高定位精度;仿真表明,改进算法在100 m网格分辨率下计算复杂度明显降低且较DPD_MVDR算法定位精度得到明显提高;适用于对定位精度和定位实时性均有一定要求的场景。

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。

基于合作目标的外辐射源雷达发射站直接定位

外辐射源雷达利用已知位置信息的第三方发射站发射的信号作为照射源,对运动目标进行探测定位。但在实际应用中,发射站精确位置信息往往难以预先获取,给外辐射源雷达在未知环境中的快速应用带来困难。为了解决该问题,将已知轨迹的无人机作为合作目标。利用实时获取的无人机位置信息,建立了发射站位置未知时的目标直接定位模型。并进一步构建了基于目标位置的代价函数,从而实现对发射站位置的精确估计。该方法不仅可以克服常用两步定位算法中存在信息损失的不足,可达到更高的定位精度,而且利用了外辐射源雷达直达波信号,较传统直接定位方法性能更优。最后,通过仿真验证了该算法的有效性。

参数字典动态更新的SOMP离网格直接定位方法

在网格直接定位方法的精度依赖于网格划分的精细程度,传统离网格方法缓解了对网格划分的依赖,但是仍然存在补偿精度低、算法复杂度过高的问题。针对这些问题,本文提出了一种参数字典动态更新的SOMP(Simultaneous Orthogonal Matching Pursuit)离网格直接定位方法。首先,利用子空间适应的方法对初始信号进行降噪处理,对二维空间进行粗网格的划分。其次,引入网格量化误差,不同于JSOMP(Joint Simultaneous Orthogonal Matching Pursuit)方法迭代后结算补偿值的方式,该方法在迭代的过程中使用泰勒补偿对每一次匹配相关度最高的网格点进行单源补偿,更新原有字典矩阵参数,从而得到较为理想的字典矩阵。仿真结果表明,本文所提算法能够有效克服网格失配的问题,得到精准的信源位置估计结果,相比于JSOMP、OG-SBI(Off-Grid Sparse Bayesian Inference)、MUSIC-Taylor(Multiple Signal Classification Based on Taylor Compensation)离网格方法,本文所提方法的运算速度更快、定位精度更高。

Direct position determination using single moving rotating linear array: Noncoherent and coherent processing

To improve the resolution and accuracy of Direct Position Determination(DPD),this paper investigates the problem of positioning multiple emitters directly with a single moving Rotating Linear Array(RLA).Firstly,the geometry of the RLA is formulated and analysed.According to its geometry,the intercepted noncoherent signals in multiple interception intervals are modeled.Correspondingly,the Multiple SIgnal Classification(MUSIC)based noncoherent DPD approach is proposed.Secondly,the synchronous coherent pulse signals are individually considered and formulated.And the coherent DPD approach which aims for localizing this special type of signal is presented by stacking all array responses at different interception intervals.Besides,we also derive the constrained Cramer-Rao Lower Bound(CRLB)expression for both noncoherent and coherent DPD with RLA under the constraint that the altitudes of the emitters are known.At last,computer simulations are included to examine the performance of the proposed approach.The results demonstrate that the localization accuracy and resolution of DPD with single moving linear array can be significantly improved by the array rotation.In addition,coherent DPD with RLA further improves the resolution and increases the maximum emitter number that can be localized compared with the noncoherent DPD with RLA.

多阵列中非圆信号借助于降维搜索和子空间数据融合的直接定位算法

为了解决多阵列中子空间数据融合(Subspace data fusion,SDF)算法自由度受限于实际阵元数与定位精度低的问题,本文利用非圆(Non⁃circular,NC)信号特性并结合降维(Reduced⁃dimension,RD)搜索思想提出了一种基于降维搜索的子空间数据融合的非圆信号直接定位算法(Reduced⁃dimension subspace data fusion,RD⁃SDF)。该算法首先利用辐射源信号的NC特性扩展空间信息,以获得增大的虚拟阵列孔径,与更多的可识别信源数。但是由于NC相位导致的高维搜索大大增加了算法求解时的复杂度,本文引入RD搜索思想,通过数据重构消除NC相位导致的高维搜索复杂度问题,并结合SDF构造RD融合搜索谱函数。仿真结果表明,相比于传统SDF算法,本文RD⁃SDF算法具有更高的空间自由度和定位精度。此外,RD⁃SDF算法在保证估计性能的同时显著降低了算法复杂度。

一种基于窄带信号多普勒频率测量的运动目标直接定位方法

相比于常规的两步定位方法,目标直接定位方法具有更高的定位精度,但现有的直接定位方法主要是针对静止目标所提出的,并具有较大的运算量.本文提出了一种针对匀速运动目标的多普勒频率直接定位方法.文中首先基于最大似然准则推导了直接估计目标初始位置和运动速度的优化模型,针对该优化模型是以矩阵特征值的形式给出而难以数值求解的问题,提出了一种基于矩阵特征值扰动定理的Newton型迭代算法,该算法可以避免多维参数网格搜索所导致的庞大运算量.此外,文中还推导了关于目标初始位置、运动速度以及运动航迹估计的克拉美罗界的闭式表达式.数值实验表明新方法的目标位置估计方差可以达到克拉美罗界,并且具有较少的运算量.

基于多字典联合与分层块稀疏贝叶斯框架的多辐射源直接定位方法

基于压缩感知的直接定位方法依赖准确的信号传播模型,当传播模型的参数部分未知时,其定位性能会显著下降。针对这个问题,该文提出了一种基于多字典联合与分层块稀疏贝叶斯框架的多辐射源直接定位方法。该文将辐射源定位问题转化为恢复对应不同字典但具有共享稀疏性的信号,通过多字典联合来解决存在信道衰减的辐射源定位问题。仿真结果表明:所提方法在低信噪比和少快拍条件下,相比稀疏贝叶斯方法和直接定位方法具有更优的定位性能。

应用膨胀算法提取目标的直接定位算法

为了解决被动雷达系统中的多发射源定位问题,提出了一种基于多重信号分类(MUSIC)算法和图像膨胀(IE)算法的直接定位方法。该方法结合了谱分析中的MUSIC思想,通过对接收量测协方差矩阵进行特征分析求解目标的位置。首先,在目标个数未知的前提下,利用Akaike信息准则(AIC)来确定模型阶数;然后,推导了基于MUSIC的定位代价函数;之后,利用图像膨胀算法处理得到的代价函数平面;最后,膨胀处理后的输出为目标个数及目标位置的估计值。提出的算法有效地解决了目标检测及提取的问题,能够确定多个目标的位置坐标,为后续的定位性能分析提供可能性,也保证了算法的完整性。进一步地分析了多个临近目标情况下影响目标提取性能的主要因素。

分布式MIMO雷达中仅使用多普勒频移的直接定位技术

本文研究了MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)雷达系统中,仅使用多普勒频移(Doppler Frequency Shifts,DFS)信息对目标进行直接定位(Direct Position Determination,DPD)的方法。通常的两步定位的方法需要先将定位参数从接收信号中提取出来再通过求解参数与目标位置的关系方程对目标位置进行估计。这一过程由于忽略了所有测量参数的提取必须相对于同一个目标位置的约束条件,因而是次优的定位方法。针对这一问题,本文提出了一种基于极大似然(Maximum Likelihood,ML)准则的直接定位算法,可以不需要进行参数提取而集中地处理所有接收到的数据,实现对目标位置的一步估计。仿真结果表明,所提算法性能在较低信噪比(signal to noise ratio,SNR)的条件下优于两步定位法,且在较高信噪比下与两步法定位精度相当。

基于m-Capon的多阵列直接定位算法

多重信号分类(Music)直接定位算法需要先估计目标个数,然后根据目标个数估计确定其噪声子空间,进而得到空间谱函数。在低信噪比情况下,目标个数估计的错误往往会导致直接定位算法的失效。针对上述问题,提出了一种基于m-Capon的多阵列目标直接定位算法。该算法综合了Capon算法无需目标个数估计和Music算法定位性能较高的优点,在不进行目标个数估计的情况下,利用近似估计的方法得到逼近于Music算法的空间谱函数,解决了Capon算法在低信噪比下性能不足的问题。仿真结果表明,在无需估计目标个数的条件下,所提算法的性能与Music算法的性能大致相同,且逼近于克拉美罗下界。

多目标位置信息场直接定位法

针对现有的多目标位置信息场定位法均采用先测量参数再进行定位的方法,提出一种直接利用采样数据进行定位的多目标位置信息场直接定位法.该方法直接利用时域或频域采样数据在各个观测站进行目标位置信息场计算,然后对计算结果在定位中心进行融合处理得到多个目标的位置信息,无需测量目标的DOA等参数,避免了直接定位法中向定位中心传输大量的信号数据问题.最后,通过计算机仿真实验验证该方法在低信噪比时定位性能优于采用DOA进行定位的传统位置信息场定位法,且性能更为稳定.

直达与非直达环境中的多目标解耦直接定位方法

针对直达(LOS)与非直达(NLOS)环境中的定位问题,提出了一种波形已知条件下的单阵地多目标直接定位(DPD)算法。该算法针对发射时间已知和未知两种情况,利用多径信号到达角度与时延关于障碍物(或反射体)、观测站与目标位置参数的数学关系,建立了三维目标位置的最大似然(ML)函数,无需估计测量参数,避免了传统两步定位方法所需的非直达径识别与数据关联。为了克服多目标定位中的高维非线性优化问题,该算法利用独立波形信息将多目标定位解耦为对各个目标单独求解。通过对目标函数有效近似,算法在发射时间已知和未知两种情况下均仅需三维网格搜索,比相应的两步定位方法具有更低的计算量。此外,基于多径定位场景,推导了发射时间已知和未知两种情况下的位置估计克拉美罗界(CRB)。仿真结果表明:算法的定位性能能够逼近相应的克拉美罗界,比传统两步定位方法和子空间直接定位算法具有更高的定位精度。