[发明专利]一种基于接收信号功率信息的辐射源定位方法

权利要求书

1.一种基于接收信号功率信息的辐射源定位方法，该方法包括以下计算步骤：

第1步：首先指定接收信号的频率范围和接收时间段，接收时间段为起始时刻到终止时刻，如果探测接收机以下简称探测终端，在该指定接收信号的频率范围和接收时间段内有接收到信号功率谱信息，则将该探测终端列入待用探测终端集；

第2步：中心站在待用探测终端集里，任意选定一个探测终端，记为M₀，然后以该探测终端M₀为中心，在剩下的探测终端里面筛选出以M₀为中心、且尽量关于M₀成中心对称的N个探测终端，N≥5；在待用探测终端集里筛选出能用于粗略定位的N个探测终端具体为：

(1)记探测终端M₀所在位置的大地坐标为(L₀,B₀,H₀)，在(L,B)平面上对各待用探测终端的大地坐标加上偏置量，偏置量的大小须使M₀点坐标变为(0,0,H₀)；

(2)在待用探测终端集里，任选一个探测终端，作为第一个被选中的探测终端M₁(L₁,B₁,H₁),将M₁从待选探测终端集里删除；

(3)在待用探测终端集里，各个探测终端的加上偏移量后的大地坐标为(L_m,B_m,H_m)，遍历所有探测终端，计算|ΔL_m|+|ΔB_m|，选出|ΔL_m|+|ΔB_m|最小值所对应的那个探测终端，作为第二个被选中的探测终端，记为M₂(L₂,B₂,H₂)；然后，将M₂从待用探测终端集里删除；其中，ΔL_m＝L₁+L_m，ΔB_m＝B₁+B_m；

(4)在待用探测终端集里，各个探测终端的加上偏移量后的大地坐标为(L_n,B_n,H_n)，遍历所有探测终端，计算|ΔL_n|+|ΔB_n|，并对计算结果进行判断：a、判断是否有探测终端符合0.003＜|ΔL_n|+|ΔB_n|＜0.005，如果有且有多个探测终端，则选出使|ΔL_n|+|ΔB_n|最大的那个探测终端作为第三个被选中的终端M₃(L₃,B₃,H₃)，将M₃从待用探测终端集里删除并转向(5)；如果没有终端符合该条件，则转向b；b、判断是否有探测终端符合0.003+0.002k＜|ΔL_n|+|ΔB_n|＜0.005+0.002k，k依次取1、2、3…，直至有探测终端符合该条件，选中该探测终端作为第三个被选中的终端M₃(L₃,B₃,H₃)，将M₃从待用探测终端集里删除并转向(5)；其中ΔL_n＝L₁-L_n，ΔB_n＝B₁-B_n；

(5)在待用探测终端集里，遍历所有探测终端，再计算|ΔL_m|+|ΔB_m|，对计算结果进行判断：a、判断是否有探测终端符合0.003＜|ΔL_m|+|ΔB_m|＜0.005，如果有且有多个探测终端，则选出使|ΔL_m|+|ΔB_m|最大的那个探测终端，记为第四个被选中的终端M₄(L₄,B₄,H₄)，将M₄从待选探测终端集里删除；如果没有探测终端符合该条件，则转向b；b、判断是否有探测终端符合0.003+0.002k＜|ΔL_m|+|ΔB_m|＜0.005+0.002k，k依次取1，2，3…，直至有探测终端符合条件，选中该符合条件的探测终端，记为第四个被选中的终端M₄(L₄,B₄,H₄)，将M₄从待用探测终端集里删除；其中，ΔL_m＝L₃+L_m，ΔB_m＝B₃+B_m；

(6)利用剩下的待用探测终端集，重复步骤(4)、(5)，直至没有探测终端能满足条件，或者已选中了不少于5个探测终端；

第3步：根据指定接收信号的频率范围，中心站计算出第2步中各探测终端在该指定接收信号的频率范围内所接收信号的功率；该接收信号的功率的计算方法为：对该指定接收信号范围内的信号功率谱进行积分；

第4步：根据各探测终端所接收信号的功率，以及各探测终端的位置坐标，进行辐射源的粗略定位；使用各探测终端所在位置点的局部地面直角坐标值参与定位运算，各探测终端所在位置点的局部地面直角坐标值的计算方法如下：以探测终端M₀的所在点(L₀,B₀,H₀)为局部直角坐标系的坐标原点，z轴为天顶方向，x轴为正东方向，y轴为正北方向；首先，将各探测终端的大地坐标转换为各探测终端与原点M₀之间的坐标差值，第m个探测终端的大地坐标为(L_m,B_m,H_m)，第m个探测终端的坐标差值为(ΔL_m,ΔB_m,ΔH_m)，其中ΔL_m＝L_m-L₀，ΔB_m＝B_m-B₀，ΔH_m＝H_m-H₀；然后，将地球视为正球体，半径R＝6378137米，采取以下转换公式，得到第m个探测终端的局部地面直角坐标参数：

y_m＝R·ΔL_m，z_m＝ΔH_m；

按照以下方法进行辐射源粗略定位：

假设辐射源在局部地面直角坐标系中的坐标为(x,y,z)，其等效发射功率为P₀(dBm)，电波传播路径损耗指数为γ,上述第2步中所选的各探测终端与辐射源的距离d_m为：

根据公式：有以下非线性方程组成立:

G_m(x,y,z,P₀,γ)＝5γlog[(x_m-x)²+(y_m-y)²+(z_m-z)²]-P₀+P_m,1≤m≤M，其中，x_m、y_m、z_m分别为第2步中所选出的各探测终端的局部地面直角坐标系的坐标值，是这些终端在所指定的频率范围[f₁,f₂]内的接收信号功率,P(f)为探测终端接收信号的功率谱；

该方程组的迭代解为：

其中，是由辐射源的五个未知参量x、y、z、P₀、γ组成的待求矢量的第k次迭代值，为第k次迭代时的非线性函数矢量，为第k次迭代时的Jacobi矩阵，其维数为M×5，其表达式为：

其中：

前述的迭代公式又写为以下线性方程组的形式：

其中，求解以上的迭代方程组或线性方程组即可得到辐射源的粗略定位结果(x′,y′,z′)；最后再使用以下公式将该定位结果转换为辐射源的粗略大地坐标(L′,B′,H′)：

H′＝H₀+z′；

第5步：中心站以该辐射源的粗略定位点为中心，重新在待用探测终端集里选取出关于该辐射源的粗略定位点尽量成中心对称的N个探测终端，N≥5，然后再次进行辐射源定位，得到精确的辐射源定位结果并输出，具体按照步骤2中的方法重新选取探测终端后，再次使用步骤4中的方法进行辐射源定位，得到辐射源的精确定位结果(x″,y″,z″)；精确定位计算过程中，将步骤4中得到的粗略定位位置结果(L′,B′,H′)作为本次定位计算过程中的局部地面直角坐标系的坐标原点M₀；最后，使用以下公式将精确定位结果(x″,y″,z″)转换为大地坐标(L″,B″,H″)：

H″＝H′+z″。

2.一种基于接收信号功率信息的辐射源定位方法，其特征在于，如果只有一个探测终端，则利用该探测终端在移动路径的上的至少5个不同位置处所接收的信号功率，对固定位置的辐射源进行终端移动式定位；终端移动式定位的计算过程包括以下步骤：

第一步：首先根据指定的信号频率范围和接收时间段，接收时间段为起始时刻到终止时刻，选取至少5个不同时刻点时探测终端的位置，以及在这些位置处探测终端所接收信号的功率谱P_m(f)；

第二步:计算这些位置处，探测终端在指定信号频率范围内的接收功率P_m，该接收功率通过对功率谱P_m(f)在指定的信号频率范围进行积分获得，即：

第三步：计算这些位置处，探测终端在局部地面直角坐标系中的坐标(x_m,y_m,z_m)；其中，以第一时刻探测终端所在的位置(L₀,B₀,H₀)作为局部地面直角坐标系的坐标原点M₀；

第四步：根据这些不同时刻时探测终端的接收功率及探测终端的局部地面直角坐标，对固定位置的辐射源进行定位计算，计算步骤如下:

假设固定辐射源在局部地面直角坐标系中的坐标为(x,y,z)，其等效发射功率为P₀(dBm)，电波传播路径损耗指数为γ,所选的各探测终端与辐射源的距离d_m为：

根据公式：有以下非线性方程组成立:

G_m(x,y,z,P₀,γ)＝5γlog[(x_m-x)²+(y_m-y)²+(z_m-z)²]-P₀+P_m,1≤m≤M，其中，x_m、y_m、z_m为第三步中计算得到的探测终端在各个时刻所在位置处的局部地面直角坐标值；

该方程组的迭代解为：

其中，是由辐射源的五个未知参量x、y、z、P₀、γ组成的待求矢量的第k次迭代值，为第k次迭代时的非线性函数矢量，为第k次迭代时的Jacobi矩阵，其维数为M×5，其表达式为：

其中：

前述的迭代公式又写为以下线性方程组的形式：

其中，求解以上的迭代方程组或线性方程组即可得到固定辐射源在局部地面直角坐标系中的定位结果(x,y,z)；最后再使用以下公式将该定位结果转换为固定辐射源的大地坐标(L,B,H)：

H＝H₀+z；

第五步：按前述第一步至第四步，不断地使用探测终端在新位置处所接收的信号功率，对固定辐射源进行定位，以提高定位结果的精度和可靠性。