[发明专利]基于RSS和AOA联合测量的多辐射源无源定位方法

说明书

基于RSS和AOA联合测量的多辐射源无源定位方法，属于无线通信技术的无源定位领域。本发明在无线传感器网络中每个传感器无差别地接收所有辐射源信号，并在本地测量出接收信号的RSS和AOA，计算出传感器到辐射源的单位方向向量；所有传感器将数据上报到融合中心；融合中心完成上报数据与所有辐射源的关联后，估计出所有辐射源的位置。本发明是针对多辐射源无源定位中测量数据缺乏先验知识、辐射源间距离较近、测量噪声较大等情况，通过解决测量数据在空间上和时间上与对应辐射源间的关联问题，快速、精准地实现三维空间中多辐射源无源定位，并且具有较强的抗噪能力。

技术领域

本发明属于无线通信技术的无源定位领域，具体是一种基于RSS和AOA联合测量的多辐射源无源定位方法。

背景技术

在智能交通系统、移动蜂窝网络、物联网、空天地一体化远程预警等基于位置和环境感知的服务中，获取准确的位置信息是十分关键的。虽然GPS、北斗等卫星导航系统已能达到米级的定位精度，但在城市环境或室内环境中，由于卫星信号微弱，定位性能会大大下降。同时，5G及下一代无线通信网络系统正蓬勃发展，将无线网络应用到辐射源定位中获得了广泛的关注。无线网络有望借助其高速率、宽带宽、小体积、D2D通信、配备MIMO等特点，实现高度精确的辐射源定位。

辐射源定位可分为两类：有源定位技术和无源定位技术。有源定位技术需要定位设备向辐射源主动发射信号，并通过分析处理辐射源返射回的信号以实现探测、定位及跟踪。有源定位技术又可分为合作式和非合作式两类。然而，有源定位技术在面临电磁隐身技术、综合性电子干扰等情况时往往无法发挥作用。无源定位技术指定位设备在定位过程中不主动向辐射源发射信号，而是被动接收辐射源发出的信号。因此，无源定位也称为被动定位，具有非合作性质。相较于有源定位技术，无源定位技术具有定位作用距离长、隐蔽性高、抗干扰能力强等优势。

当前，辐射源无源定位主要集中于改善单辐射源情况下的定位精度和算法复杂度。然而，在许多基于位置服务的实际应用中，关注多辐射源无源定位问题的研究并不多见。此外，在多辐射源的定位过程中，现有研究较少考虑测量数据在空间上和时间上的不确定性。

发明内容

针对多辐射源无源定位中测量数据缺乏先验知识、辐射源间距离较近、测量噪声较大等情况，本发明提出一种基于RSS和AOA联合测量的多辐射源无源定位方法。该方法通过解决测量数据在空间上和时间上与对应辐射源间的关联问题，快速、精准地实现三维空间中多辐射源无源定位，并且具有较强的抗噪能力。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于RSS和AOA联合测量的多辐射源无源定位方法，步骤如下：

步骤1，在无线传感器网络中每个传感器无差别地接收所有辐射源信号，并在本地测量出接收信号的RSS和AOA，计算出传感器到辐射源的单位方向向量；

步骤2，所有传感器以协同工作方式将各自位置及其所测数据上报到融合中心；

步骤3，融合中心选择关联算法解决上报数据与对应辐射源的关联问题；关联问题包含两个子问题：测量数据与对应辐射源在空间上的匹配问题和上报数据在融合中心的顺序纠正问题；

步骤4，最小转换距离求和算法：采用基于空间坐标转换的迭代算法对测量数据的最小欧氏距离求和进行优化，解决关联问题中的两个子问题；

步骤5，测量序列分类算法：采用长-短期记忆网络以监督学习的方式对测量数据进行序列分类，解决关联问题中的两个子问题；

步骤6，融合中心完成上报数据与所有辐射源的关联后，利用加权最小二乘法线性化处理定位问题中的非凸性，并估计出所有辐射源的位置。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、本发明可有效解决融合中心缺乏对测量数据在空间上和时间上与对应辐射源间关联知识的情况下，三维空间中的多辐射源无源定位问题；