[发明专利]直达与非直达混合场景中的多目标直接定位方法

说明书

本发明涉及一种针对无线电信号的定位方法技术领域，特别是涉及一种直达与非直达混合场景中基于单个阵列观测站的多目标直接定位方法，首先，基于单跳的多径传播模型，利用多径信号到达角度与时延关于目标位置参数的数学关系，建立关于目标位置参数的阵列信号模型；接着，利用基2‑FFT算法将多站阵列天线接收数据转化为频域数据，并依据子空间正交准则建立联合估计目标位置参数和传播系数的数学优化模型；最后，提取仅包含目标位置的信息矩阵，以最小化信息矩阵最小特征值为目标函数，进行网格搜索，用以实现对多径场景中多目标的精确定位。本发明提供的方法可以显著提高目标定位精度，并且能够避免对非直达径的识别与数据关联问题。

技术领域

本发明涉及一种针对无线电信号的定位方法技术领域，特别是涉及一种直达与非直达混合场景中基于单个阵列观测站的多目标直接定位方法。

背景技术

众所周知，无线电信号定位技术对于目标发现及其态势感知具有十分重要的意义，在无线通信、遥测与导航等诸多工程科学领域具有广泛应用。经过近几十年的发展，该技术在理论和工程应用中都取得了较大的进展。根据观测站的数目进行划分，可以将无线电信号定位体制划分为单站定位和多站定位两大类，前者具有系统简洁、灵活性高、无需信息同步和通信传输等优点，后者则能够提供更多的观测量，从而有助于取得更高的定位精度。本发明主要涉及单站定位方式。

现有定位技术主要是利用到达时间(Time of Arrival，TOA)、到达角度(Direction of Arrival，DOA)等参数进行定位，这些定位技术对接收端是否有非直达(Non-Line-of-Sight，NLOS)径信号非常敏感。非直达径的存在会带来TOA与DOA等测量参数的偏差，从而对定位结果造成影响。然而，在很多环境中，用以目标位置解算的测量参数都不是仅在信号直达(Line-of-Sight，LOS)情况下获得的，因此，研究LOS与NLOS混合环境中的定位方法具有重要意义。

传统的定位技术分为两步进行，其第一步先从原始信号抽样中估计定位参数(例如DOA与TOA等)，第二步是基于这些参数进一步确定目标的位置信息。当非直达径存在时，两步定位方法需要解决两方面问题：NLOS识别与NLOS影响消除。前者用于确定测量结果是否受到非视距影响，后者利用定位算法抑制NLOS造成的误差。现有消除NLOS影响的两步定位算法一般可以分为两类：统计方法与参数化方法。统计方法将NLOS误差看作具有一定统计特性的偏差，辨识NLOS观测量后，根据其概率分布或者其他先验统计特性，利用鲁棒的方法如鲁棒最小二乘算法等来消除NLOS误差的影响；参数化方法综合考虑信号的传播路径和障碍物或反射体的状态，利用定位场景的几何分布实现NLOS存在下的定位，其中障碍物或反射体的位置信息一般依靠预先精确测量的电子地图等，或者与目标位置联合估计得到。相比于统计方法，参数化方法能够充分利用信号在多径场景中的传播特性，在LOS观测量较少的情况下可以获得更高精度的定位结果。

然而，NLOS两步定位技术存在一些固有缺点：例如，估计性能难以达到渐近最优、存在门限效应、需要NLOS参数识别与测量数据关联等问题。此外，NLOS两步定位方法需要估计较多的观测参数，其个数随多径数的增加而增大，当多径数较多时，计算量复杂度很高。近年来，一种新型无线电信号定位模式被国内外学者广泛关注，即目标位置直接定位(Direct Position Determination，DPD)技术，也称为单步定位。这种(单步)直接定位方式的基本思想是从原始采集信号中直接提取目标的位置坐标，而无需估计其它中间参量。根据信息处理的理论可知，单步直接定位方法会比两步定位方法具有更高的估计精度，并且可以避免两步参数估计中的门限效应，以及多目标定位中的测量数据关联问题。显然，对于直达与非直达环境中的多目标定位问题，这种单步直接定位模式也是可以应用的，并且无需NLOS环境下两步定位的NLOS识别，其定位精度要比传统的两步定位模式高，这也是提高直达与非直达混合环境下目标定位精度的一种重要手段。

发明内容