[发明专利]一种基于线性规划的近场目标定位方法及其系统

说明书

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，特别涉及一种适用于线列阵的基于线性规划的 近场目标定位方法及其系统。

背景技术

阵列信号处理的一个基本问题就是目标定位，即确定感兴趣的空间信号的方位 与距离等参数。目标定位，它是指采用某种算法，对阵列接受到的目标辐射或反射 的时空二维信号进行处理，从而得到目标方位与距离等参数的估计。一般而言，目 标定位假设目标处于远场条件下，信源发射的信号以平面波的形式到达阵列，然而， 当目标位于近场内时，即目标与阵列之间的距离R＜2L²/λ，其中L为阵列的 有效孔径，λ为目标信号的波长，平面波的假设不再成立，目标信号将以球面波的 形式到达阵列，而基于远场假设条件的方法不再适用，需要采用基于近场模型的目 标定位技术。近场目标定位技术，在声纳、雷达、语音及通信、无线传感器网络等 领域有着广泛的应用。

目前典型的近场目标定位方法有：聚焦波束形成、二维MUSIC(多重信号分类) 法、基于高阶累积量的方法，如基于子空间的联合估计法、虚拟时间反转镜法。

其中，聚焦波束形成法(可参考文献：“梅继丹等.水平阵聚焦波束形成声图定 位算法研究.哈尔滨工程大学学报.28(7)：773～778，2007”)，根据测量区内不同位置对 各阵元接收信号进行球面波补偿，获得目标声源的分布根据声图来给出目标方位、 距离进行定位。

二维MUSIC法(可参考文献：“Huang Y D等.Near-field multiple source  localization by passive sensor array.IEEE Trans Antennas Propagation，39(7)：968～975， 1991”)，是指把经典的远场一维MUSIC方法推广至两维，进行两维谱峰搜索，从而 得到近场目标的到达角和距离的联合估计。

基于子空间的联合估计法(可参考文献：“梁军利等.一种近场源参数估计新方法. 西安电子科技大学学报(自然科学版).34(5)：839～843，2007”)，是指基于子空间的近场 窄带信源频率、到达角及距离三维参数联合估计方法。该方法选择特定序号阵元输 出计算的4阶累积量构造4个高维矩阵，然后结合这些矩阵结构特点构造3个新的 矩阵，利用新构造矩阵的特征值联合估计信源参数。与现有其他基于高阶累积量的 方法相比，这种方法有效地减小了阵列孔径损失，具有较高的估计精度。

虚拟时间反转镜法(可参考文献：“时洁等.基于虚拟时间反转镜的噪声源近场 定位方法研究.兵工学报.29(10)：1215～1219，2008”)，是指通过聚焦波束形成的聚焦 声图技术，结合可以在对信道没有任何先验知识的情况下，与信道自动匹配，其聚 焦性能可以减小信道衰落和多途干扰的虚拟时间反转镜技术(VTRM)，建立近场线列 阵定位模型，实现对空间多目标的定位。

然而，以上各种方法都要求传感器的采样频率依据奈奎斯特(Nyquist)采样定 理在奈奎斯特频率之上，否则就无法实现有效的近场目标定位。

发明内容

为了克服现有技术的不足，解决现有技术中近场目标定位难的问题，本发明的 目的是提供一种基于线性规划的近场目标定位方法及其系统。其采用基跟踪的策略 将近场目标定位问题转化为离散化的目标方位-距离空间字典条目选择的问题，从而 利用压缩感知理论实现近场目标定位。

基于压缩感知的信号重建的基本原理为：对一个长度为N，稀疏度为K的数字 信号x＝Ψs，可以用长度为M＝O(KlogN)的测量数据进行重建(M＜N)。具体而 言，压缩感知采用非传统的线性测量y＝Φx，其中Φ为随机化的映射矩阵，通过线 性规划求解下式：

min||x||₁，当y＝ΦΨx时