[发明专利]一种基于信号到达方向的室内非法信号源定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于信号到达方向的室内非法信号源定位系统及方法。该系统包括多通道宽频段信号接收机、孔径自适应调节单元、均匀线性阵列天线和信号处理单元。方法为：使用多通道宽带接收机对指定频段进行并行频率扫描侦查，将超过强度阈值信号判定为可疑信号；多通道宽带接收机锁定可疑信号频率，孔径自适应调节单元调整均匀线性阵列天线阵元的间距；测量并记录可疑信号的阵列快拍数据，采用超分辨率到达角算法计算阵列信号的方向角空间谱；根据直达路径识别算法在方向角空间谱中找到直达路径的位置；改变测试点位置，重复测量和计算，通过交叉定位得到非法信号源的位置。本发明具有简单可靠和成本低的优点，能够实现单站定位，且部署方便、使用灵活。

技术领域

本发明涉及无线通信系统中无源定位技术领域，特别是一种基于信号到达方向的室内非法信号源定位系统及方法。

背景技术

近年来，以人工智能、大数据、物联网等为代表的新技术迅猛发展，已经渗透到人类社会政治、经济、军事等活动的方方面面，信息安全、网络安全、数据安全已经成为关系国家稳定发展和国防巩固的战略性问题，利用信息技术的情报窃取活动和间谍行为也变得更加难以防范。此外，日益猖獗的恐怖主义和极端主义也利用信息技术威胁公共安全和社会秩序。国家要害部门、重点国防设施、科研保密单位，以及其他可能存在敏感信息的场所都面临着抵近信息窃取的风险，如被安装窃听器、摄像头或其他信息窃取设备。对非法无线信号的侦测以及信号源的快速定位，已成为信息情报防护和反恐维稳工作的迫切需求。尽管现在市场上有很多反窃听、反窃视侦测设备，但大多都是通过检测信号场强来搜寻信号源，存在侦测能力弱，定位精度低，操作效率低等问题，难以满足日益严峻的信息安全需求。因此，深入研究室内无源定位技术具有非常重要的军事意义和社会价值。

在室内场景中，根据无线信号的定位技术分为以下几类：第一类是通过在多个位置测量信号接收强度(RSS)，根据信号传播模型来计算距离和信号源位置。但是在室内环境下，由于无线信号受制于多径传播的不确定性，RSS易受干扰，波动剧烈，定位性能精度低；第二类是利用多个侦测站点测量信号的时间到达差(TDOA)，绘制双曲线方程来计算信号源的位置。这种方法需要多个站点协同测量，而且需要各站点保持时间同步，系统复杂度高，且性能受多径传播影响大；第三类是通过在多点使用阵列天线技术和超分辨率(SRT)算法测量并计算信号的到达角(AOA)即到达方向(DOA)，交叉定位信号源位置，这类方法能够获得较高的定位精度，但同样会受多径传播影响；第四类方法是预先在已知的位置节点测量训练信号，构建信号特征指纹库，然后通过将待测信号和指纹库的值进行特征匹配来计算信号源的位置。这种方法的定位精度与其构建指纹库的空间距离和信号维数有关，若要实现较高的定位精度，需要大量的离线信号采集工作和布置较多的接收节点，难以大规模应用和快速部署。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较强的鲁棒性和可实现性的基于信号到达方向的室内非法信号源定位系统及方法，从而在不同室内环境中准确识别信号的直达路径方向，定位目标位置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于信号到达方向的室内非法信号源定位系统，包括多通道宽频段信号接收机、孔径自适应调节单元、均匀线性阵列天线和信号处理单元，其中：

频谱检测阶段各部件功能如下：

多通道宽频段信号接收机，对指定频段进行并行频率扫描侦查，并将接收数据发送至信号处理单元；

信号处理单元，分析各通道的接收信号，将超过强度阈值和时长阈值的信号判定为可疑信号；记录可疑信号的中心频率值，并发送至孔径自适应调节单元和多通道宽频段信号接收机；

信号源定位阶段各部件功能如下：

多通道宽频段信号接收机，对指定频段进行并行频率扫描侦查，将超过强度阈值和时长阈值的信号判定为可疑信号，接收机的本振频率锁定可疑信号频率；

孔径自适应调节单元，根据可疑信号的半波长调整均匀线性阵列天线阵元的间距，实现阵列天线最优信号分辨率；