[发明专利]一种混合信号源定位方法和混合信号源定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及信号源定位技术领域，尤其涉及一种混合信号源定位方法和混合信号源定位系统。

背景技术

信号源定位技术，可以简单地理解为确定所需的有用信号的方向和位置，其广泛应用于通信、射电天文、地震勘探、雷达、医学等领域。目前信号源定位技术根据信号源距离接收阵列的远近可分为远场源定位和近场源定位。

对于远场信号源，接收阵列的来波信号是以平面波的形式，由其波达方向(DOA)确定此时信源的位置，如图1所示，在对远场信号源进行定位时，需要对入射角θ进行估计。而对于近场信号源，穿过接收阵列的来波信号是以球面波的形式传播的，如图2所示，由波达方向(DOA)和距离r_k来联合确定近场信号源k的位置。

在进行信号源定位时，现有技术通常通过建立理想阵列模型对信号源方位参数进行估计。假定存在K个窄带独立混合信号源入射到一个由2M+1个阵元构成的均匀对称线性阵列(如图2所示)，阵元间距为d≤λ/4，其中，λ为入射信号波长。对于理想阵列模型，设定阵列中心(即阵元0)为相位参考点时，则第m个阵元接收到的信号为：

其中，K表示入射信号源数目，s_k(t)表示第k个频率为f_k、相位为γ_k、幅度为σ_sk的窄带源信号，n_m(t)表示均值为零、功率为σ_n²的空时不相关的随机噪声过程，m＝-M,…,M为阵元标号，n＝0,1,…,N为时间t的采样点，N为快拍数，ω_k和被称为二维电子角，它们是第k个信号源的方向角θ_k和距离r_k的非线性函数，分别定义为：

ω_k＝-2πdsin(θ_k)/λ (2)

其中，如果第k个入射源为远场入射信号，则

根据方程(1)，整个阵列的(2M+1)×1维的接收数据可以写成矩阵相乘的形式为：

其中，各个矩阵的定义为：

X(t)＝[x_-M(t),x_-M+1(t),…,x_M(t)]^T (5)

N(t)＝[n_-M(t),n_-M+1(t),…,n_M(t)]^T (6)

S(t)＝[s₁(t),s₂(t),…,s_K(t)]^T (7)

ω＝[ω₁,ω₂,…,ω_K] (8)

且为阵列模型矩阵：

其中：

为适应电子探测和语音通信的发展需求，信号源定位技术需要适应更加复杂的环境条件。然而目前绝大部分的研究集中于单一的信号源(远场信号源或近场信号源)定位。而且，现有的关于近场入射源情况的研究基本是建立在假设阵列为理想情况(即理想阵列模型)下进行的；然而随着实际应用范围的扩大，入射信号复杂多样，远场和近场信号源同时存在的混合信号较为常见，同时因为周围环境的湿度、温度的改变、阵列的震动、有源器件的老化等因素，将会引起不可避免的阵列误差，以至于实际阵列流型往往会偏离理想阵列模型，存在一定程度的扰动或偏差。

总而言之，现有的信源定位技术方案存在多方面的缺陷，包括：近场源定位方法通常需要进行多维搜索和多个高阶累积量矩阵的计算，需要进行二维参数匹配，因而计算复杂度大，计算时间长；不适应近场和远场信号源同时存在的混合信号源定位；存在阵列误差；未考虑阵列相位响应估计的相位模糊性。此时，系统的定位性能会严重恶化，甚至失效，这使得其应用受到很大限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种混合信号源定位技术方案，适用于同时对远场和近场混合信号源的定位，降低参数维度，从而有效降低了计算复杂度，缩短定位运行时间，并实现对整个阵列的幅度、相位响应校正，提高定位性能和适用范围。

为解决以上技术问题，一方面，本发明实施例提供一种混合信号源定位方法，包括：