[发明专利]一种基于无人机装载嵌套阵的多信源直接定位方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机装载嵌套阵的多信源直接定位方法，其步骤包括无人机在不同的位置接收多个辐射源信号，并对接收到的信号进行采样；分别计算每个位置的接收信号采样协方差矩阵，并对其进行矢量化处理；将矢量化后的观测信号融合，得到处理后的虚拟接收信号；采用直接相关法，构造位置估计的损失函数，通过网格搜索得到最终辐射源位置估计结果。本发明能够有效避免位置信息的二次损耗，提升定位精度，且无需额外的信息匹配即可实现多信源同时定位，同时能够突破阵列天线自由度的限制，实现信源数大于阵元数时的多信源同时定位。

技术领域

本发明涉及无源定位技术领域，具体涉及一种基于无人机装载嵌套阵的多信源直接定位方法。

背景技术

针对辐射源定位问题，传统地面排查方式大都基于地面移动车，结合手持式设备，不仅需要大量的人力物力，而且受限于复杂环境、障碍物的影响，定位精度低、定位时间长，在实际应用中十分受限。相比于地面平台，基于无人机的空中平台拥有不受地面复杂环境影响、观测范围广、灵活性强的优势。因此，研究基于无人机的辐射源定位具有十分重要的工程应用价值。

然而，由于依赖于信号到达角、信号到达时间差等中间参数的估计，传统两步定位技术难以获得渐近最优的估计精度，且中间参数估计的成功与否直接影响到后续定位的结果。此外，传统两步定位在处理多信源同时定位问题时，需要额外的信息匹配步骤，不利于实际应用。直接定位技术通过直接从原始数据层抽取位置信息，无需中间参数的估计，有效避免了有用信息的损失，在提升定位精度的同时，实现了多信源同时定位。但是，由于受限于阵列天线的自由度，现有的直接定位技术只能实现对信源数小于阵元数的多信源同时定位。因此，如何在保证定位精度的同时，突破阵列天线自由度的限制是关键问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于无人机装载嵌套阵的多信源直接定位方法，通过将阵列天线的优势与高精度直接定位技术有机结合，解决传统两步定位方法定位精度受限且依赖额外的信息匹配步骤的问题，以及现有的直接定位技术无法实现信源数超过阵元数时的多信源同时定位问题，仅需一架无人机即可完成多信源精准定位，具有重要的工程应用价值。

本发明为实现上述目的提供以下技术方案：

提供一种基于无人机装载嵌套阵的多信源直接定位方法，其基本思路是：无人机在L个不同的位置接收多个辐射源信号，并对接收到的信号进行采样；分别计算每个位置的接收信号采样协方差矩阵，并对其进行矢量化处理；将L个矢量化后的观测信号融合，得到矢量化处理后的虚拟接收信号；采用直接相关法，构造位置估计的损失函数，通过网格搜索得到最终辐射源位置估计结果。

本发明的特征在于具体包括以下步骤：

步骤1：无人机在L个不同的位置接收多个辐射源信号，并对接收到的信号进行采样：

假设K个信源位置分别为p_k＝[x_k,y_k]^T，无人机挂载一阵元数为M的嵌套阵， M＝N₁+N₂，N₁和N₂分别为两个均匀线阵的阵元数。无人机观测位置数为L，观测位置坐标分别为则无人机在第l个位置的的接收信号为

其中，为功率衰落系数，λ为波长，β为路径损耗因子，d_m表示第m个阵元相对于参考阵元在嵌套阵型下的位置，s_l,k(t)为第k个信源的发射信号。

步骤2：分别计算每个位置的接收信号采样协方差矩阵，并对其进行矢量化处理：

由于实际信号采样长度有限，信号协方差矩阵由采样协方差矩阵代替，计算为

其中，J为快拍数。对第l个位置的接收信号采样协方差矩阵进行矢量化处理，可以得到