[发明专利]基于最大似然估计的多传感器1比特直接定位方法

说明书

本发明公开了一种基于最大似然估计的多传感器1比特直接定位方法，包括以下步骤：S1、初始化系统参数，初始化传感器节点个数、传感器节点位置、传感器接收天线数目、阵元间距、接收信号波长、采样间隔、噪声方差、发射信号；S2、对各传感器接收通道的基带信号进行采样，获得离散样本值；S3、对离散样本值进行1比特量化，得到1比特信号；S4、划分目标位置的网格搜索空间；S5、采用网格搜索的方式定位目标。本发明将接收的基带信号采用1比特ADC量化，1比特ADC与传统ADC相比，不再需要自动增益控制，且只保留了1位量化结果，降低了系统复杂性、功耗、成本以及通信数据量。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及信号参数估计以及多传感器被动定位方法，特别是一种基于最大似然估计的多传感器1比特直接定位方法。

背景技术

定位技术一直是通信和信号处理领域一个重要的研究内容，现有的定位技术主要可以分为两类，一类是二次定位，包括TOA，TDOA，AOA等技术，另一类是直接定位。在二次定位技术中，各个传感器节点孤立的测量与目标位置相关的量测参数，如信号的到达角，时延，多普勒等，忽略了这些参数均来自于同一目标这一约束关系，因此是次优的。而直接定位技术(DPD)直接从基带信号出发，估计出目标位置，不需要测量量测参数的中间步骤，具有低信噪比下定位精度高，鲁棒性好等特点，在民用和军用领域都有着广阔的发展空间。直接定位技术根据发射信号的波形信息是否已知，可以分为DPD-known和DPD-unknown两种方法，前者由于已知发射信号的波形信息，因此是理论上最优的定位算法，能够实现低信噪比下的高精度定位。

对于大规模传感网络系统，通常是由广域分布的低成本，低传输带宽以及低功耗的传感器节点构成。多传感器直接定位技术中，各传感器节点需要传输整个基带信号到融合中心，随着传感器节点数目以及观测时间的增加，系统的传输带宽以及功耗等都将面临着严峻的挑战，直接定位技术在实际大规模传感网络中的应用也由此得到限制。解决上述问题的一种有效方法是采用更少的比特去量化基带信号，一种极端的量化方式是仅采用1位比特去量化基带信号，我们称之为1比特量化。文献“Joint Angle and DopplerFrequency Estimation for MIMO Radar with One-Bit Sampling:A MaximumLikelihood-Based Method,in IEEE Transactions on Aerospace and ElectronicSystems,vol.56,no.6,pp.4734-4748,Dec.2020”提出了基于1比特量化信号求解目标多普勒，角度的方法，估计了二次定位所需的中间参数。文献“Joint UWB TOA and AOAestimation under 1-bit quantization resolution,2013IEEE/CIC InternationalConference on Communications in China(ICCC),Xi'an,2013,pp.321-326”提出了一种采用均匀线阵天线和高速比较器的1位量化TOA/AOA估计器，并采用了三步估计TOA/AOA算法进行目标定位。以上都是针对1比特量化在二次定位中的研究，应用在直接定位技术中的1比特量化还没有得到研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种将接收的基带信号采用1比特ADC量化，与传统ADC相比，不再需要自动增益控制，且只保留了1位量化结果，降低了系统复杂性、功耗、成本以及通信数据量的基于最大似然估计的多传感器1比特直接定位方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于最大似然估计的多传感器1比特直接定位方法，包括以下步骤：

S1、初始化系统参数，初始化传感器节点个数、传感器节点位置、传感器接收天线数目、阵元间距、接收信号波长、采样间隔、噪声方差、发射信号；

S2、对各传感器接收通道的基带信号进行采样，获得离散样本值；

S3、对离散样本值进行1比特量化，得到1比特信号；