一種基於場強值的同頻多輻射源定位方法
2023-08-11 02:24:56 1
專利名稱：一種基於場強值的同頻多輻射源定位方法
技術領域：
本發明屬於無線電監測的技術領域，更特別地說，是利用無方向性的場強值與對應的經緯度坐標數據定位多輻射源的定位方法，該方法有效解決了多徑效應及快衰落對定位造成的惡劣影響。
背景技術：
隨著近來通信技術的高速發展和電磁環境日趨惡化，如何有效地對各種輻射源進行監視控制是電磁環境監測部門亟待解決的難題。對輻射源進行有效監控的前提是確定輻射源的準確位置。目前，實現輻射源定位的主要方法是通過測量輻射信號的方向來實現交叉定位。但由於市區地理環境複雜，高樓林立，電波的繞射和多徑傳播對傳統的測向結果影響很大，難以滿足用戶的需要。中國科學技術大學學報於2002年10月第32卷第5期公開了《一種基於GIS和場強測量的輻射源位置估算新方法》，該文中提出了一種基於地理信息系統(geographicalinformation system, GIS)和場強測量的福射源位置估算方法，討論了影響定位結果的幾種可能因素(電波傳播、電波傳播模型誤差、功率測量誤差、地球曲率和介電常數)，並給出了實際操作中的具體解決方案。該方法將電波傳播模型和地理信息系統結合起來，利用各觀測點場強測量的相對值，能有效地降低電波的繞射和多徑傳播的影響，較準確地實現了輻射源的位置估計。
發明內容
為了在市區複雜電磁環境下實現對輻射源的有效定位，本發明提出一種基於場強值的同頻多輻射源定位方法。該方法利用車載全向天線所測得的某一頻段場強值和GPS測得的經緯度數據。然後對某一頻段場強值採用小波分解及重構消除電播傳播快衰落，隨後採用聚類方法確定各個輻射源的影響範圍，最後在範圍內的估計源點應用電波傳播模型(Egli模型)計算出車載沿道路所採集點的場強值，並與對應點的測量值相減，求出所有差值的絕對平均值，該絕對平均值最小的估計源點即為最終輻射源位置。從而有效實現了同頻多輻射源的定位。本發明基於場強值的同頻多輻射源定位方法的優點在於①基於本方法已經實現軟體的自動化運算，只需用戶給出經緯度坐標以及相應的場強值，即可自動定位出輻射源的位置，為頻譜管理工作提供有價值的參考信息。②本方法利用場強值進行定位，避免使用昂貴的測向設備造成的高額費用，以及由於市區地理環境複雜，電波的繞射和多徑傳播對傳統的測向結果影響。③由於建築物對電波傳播有繞射、反射等影響會造成快衰落，本方法利用小波分解再重構平滑部分的方法有效消除了快衰落對場強值劇烈變化的影響。④聚類算法將整個地區劃分出多個可能有輻射源存在的小區域，避免了在多個輻射源在某已測點疊加而造成的輻射源位置誤判，實現了同頻段多輻射源的定位。
⑤本方法利用Egli模型，並引入偏差補償，克服了未知輻射源強度、高度等條件的情況無法應用電波傳播模型的情況，有效地利用模型進行了輻射源的定位。
圖1是本發明的一種場強值採集系統的結構框圖。圖2是頻譜儀採集的瞬時頻譜圖。圖3是本發明基於場強值的同頻多輻射源定位的流程圖。圖4是8級小波分解的原理圖。圖5是小波處理和極大值選取的效果圖。圖6是估計輻射源位置直線與已測點路徑示意圖。圖7是路測場強值、極大值點和輻射源定位結果。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。參見圖1所示的車載移動電磁頻譜監測系統的結構框圖，該車載移動電磁頻譜監測系統包括有移動平臺(可以是汽車、移動載體)、全向天線、頻譜分析儀、GPS接收儀和計算機(計算機內安裝有同頻多輻射源定位策略TPDW，採用軟體編程得到)，全向天線安裝在移動平臺的殼體上方，頻譜分析儀、GPS接收儀和計算機安裝在移動平臺的殼體內。全向天線用於實時把電磁環境中30MHz IGHz的電滋波轉換為高頻電流A輸出給頻譜分析儀。頻譜分析儀用於實時對接收到的所述高頻電流A進行頻率分量分析，得到 在每個採樣時刻Ta下頻率為80MHz 1GHz、頻率遞增步長為2MHz的電磁場強信息
Eri中的a表示採樣時刻的標識號，一般Ta的取值為I秒；頻譜分析儀
輸出的頻率與幅度的關係圖2所示。在本發明中，第I個採樣時刻記為T1,則T1採樣時刻下的電磁場強信息記為
Et' = {eIl ,e2 ' ,eIl}，<表不在T1米樣時刻、80MHz條件下的電磁場強值，々表不在T1米樣時
亥lJ、82MHz條件下的電磁場強值；......表不在T1米樣時刻、IGHz條件下的電磁場強值,單
位為dB ;在頻率遞增步長為2MHz時b為461。同理可得在本發明中，第2個採樣時刻記為T2,則T2採樣時刻下的電磁場強信息記為
Et2 = {42，eI2，…，4丨，ef2表不在T2米樣時刻、8OMHz條件下的電磁場強值e'.表不在T2米樣時
亥lJ、82MHz條件下的電磁場強值；……；e〖2表示在T2採樣時刻、IGHz條件下的電磁場強值，單位為dB ;在頻率遞增步長為2MHz時b為461。同理可得在本發明中，第a個採樣時刻記為Ta，則Ta採樣時刻下的電磁場強信息記為ETb = ,ef }，<表示在Ta採樣時刻、80MHz條件下的電磁場強值表示在Ta採樣時
亥lJ、82MHz條件下的電磁場強值；......；<表不在Ta米樣時刻、IGHz條件下的電磁場強值，
單位為dB ;在頻率遞增步長為2MHz時b為461。為了方便說明，採樣時刻Ta下的電磁場強信息AJ71也稱為任意一米樣時刻Ta下的電磁場強信息￡^ =^elayeT{-,Crh" |。
GPS接收儀用於採集電磁環境中在採樣時刻Ta下的經緯度坐標(U)(簡稱為採集點位置『rjU));該採集點位置(1，乃也是測量點位置。X表示經度值，Y表示緯度值。兩個採集點位置分別記為起始點測量位置SI(&，&)，終止點測量位置(尤，I)。計算機對接收到的採集時間T = T結束-T開始內的電磁場強信息[ =
和採集點位置,=(A\ Y),Wr (X,Y),-JVy. (A\F)j進行同頻多輻射源定位策略TPDW處
理，得到輻射源在地理環境中的位置S(X，Y)(簡稱為輻射源位置S (X，Y))。對於輻射源位置S(X，Y)的個數是本發明需要解決的問題，因此輻射源位置S(X，Y)可以表示為St (X，Y)，t表示輻射源所在區域REGt的標識號。在本發明中，計算機是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數值 計算和各種信息處理的現代化智能電子設備。最低配置為CPU 2GHz,內存2GB，硬碟30GB ；作業系統為windows2000/2003/XP/Win7。計算機內採用MATLAB(版本號2011a)軟體編程得到同頻多輻射源定位策略TPDW。全向天線選用施瓦茨貝克公司生產的型號為SB9113B (30MHz_3GHz)天線。頻譜分析儀選用安捷倫N9340B頻譜儀(IOOk 3GHz )。GPS接收儀選用HOLUX公司GR-213。本發明的一種基於場強值的同頻多輻射源定位方法，包括以下步驟步驟一路測場強信號快衰落噪聲的消除；(A)從電磁場強信息五= 1%, ，…,中選取電視廣播北京衛視業務頻段(790 798MHz)的部分，記為待處理頻段場強值=，…，;所述待處理頻段場強值= (TFBri, TVEny- , TVEla j中的表示電視廣播北京衛視業務頻段內在採樣時刻T1下的場強值，表示電視廣播北京衛視業務頻段內在採樣時刻T2下的場強值表示電視廣播北京衛視業務頻段內在採樣時刻Ta下的場強值。(B)選取出/…，中的每個採樣時刻TaT的最大場強值TVEM = {EMr, EMt' EMr }；所述最大場強值ITEM=,…，I中的EM21表示在電視廣播北
京衛視業務頻段內且在採樣時刻T1下的最大場強值,皿1~2表示在電視廣播北京衛視業務頻段內且在採樣時刻T2下的最大場強值，皿I表示在電視廣播北京衛視業務頻段內且在採樣時刻Ta下的最大場強值。(C)將最大場強值7 V1:M = |/:Mr, hM7- , , /:M/; '!用 dB5 小波 Mallat 算法 8 級分解，分別得到低頻分量和高頻分量；其中，第一個低頻分量記為Ca1、第二個低頻分量記為Ca2、第三個低頻分量記為Ca3、第四個低頻分量記為Ca4、第五個低頻分量記為Ca5、第六個低頻分量記為Ca6、第七個低頻分量記為Ca7、第八個低頻分量記為Ca8。其中，第一個高頻分量記為Cd1、第二個高頻分量記為Cd2、第三個高頻分量記為Cd3、第四個高頻分量記為Cd4、第五個高頻分量記為Cd5、第六個高頻分量記為Cd6、第七個高頻分量記為Cd7、第八個高頻分量記為Cd8。在本發明中，對於場強值用dB5小波Mallat算法的8級分解的分解方式可以參考如圖4所示的8級分解示意圖。(D)採用小波Mallat重構方法對第八個低頻分量Ca8和第八個高頻分量Cd8進行重構，得到去噪場強值Edn。。所述去噪場強值
權利要求
1.一種基於場強值的同頻多輻射源定位方法，其特徵在於包括有下列步驟 步驟一路測場強信號快衰落噪聲的消除； (A)從電磁場強信息五= Iur2,...,中選取電視廣播業務頻段790 798MHz的部分，記為待處理頻段場強值/:_n' = {TVETiJVETi,--JVET}; 所述待處理頻段場強值= {TVETi,TVEh,-,TVE7a I中的JTfli表示電視廣播北京衛視業務頻段內在採樣時刻!\下的場強值，D7E7i表示電視廣播北京衛視業務頻段內在採樣時刻T2下的場強值,表示電視廣播北京衛視業務頻段內在採樣時刻Ta下的場強值； (B )選取出!:1T = {TV!、，TVEh，…，TVEla丨中的每個採樣時刻Ta下的最大場強值TVKM = \KMT,EMi, ,···,KM,. }； 所述最大場強值rFEM = [EMT; JEMTiy'EMTi j中的五表示在電視廣播北京衛視業務頻段內且在採樣時刻T1下的最大場強值，表示在電視廣播北京衛視業務頻段內且在採樣時刻T2下的最大場強值，表示在電視廣播北京衛視業務頻段內且在採樣時刻Ta下的最大場強值； (C)將最大場強值n'H= {EMr,1-M,.,…，HM,.1用dB5小波MalIat算法8級分解，分別得到低頻分量和高頻分量； 其中，第一個低頻分量記為Ca1、第二個低頻分量記為Ca2、第三個低頻分量記為Ca3、第四個低頻分量記為Ca4、第五個低頻分量記為Ca5、第六個低頻分量記為Ca6、第七個低頻分量記為Ca7、第八個低頻分量記為Ca8 ； 其中，第一個高頻分量記為Cd1、第二個高頻分量記為Cd2、第三個高頻分量記為Cd3、第四個高頻分量記為Cd4、第五個高頻分量記為Cd5、第六個高頻分量記為Cd6、第七個高頻分量記為Cd7、第八個高頻分量記為Cd8 ； (D)採用小波Mallat重構方法對第八個低頻分量Ca8和第八個高頻分量Cd8進行重構，得到去噪場強值Edn。； 所述去噪場強值={/W/^,,DNEDNEi }t ./JW/、表示重構後採樣時刻T1下的場強值，馬^表示重構後採樣時刻T2下的場強值，DA ;,表示重構後採樣時刻Ta下的場強值； 步驟二 極值點的選取； (A)從所述去噪場強值/)/￥/、,··_,/)/￥/%I中選取出場強值的極大值點 Pmax = (Bp1, Bp2, ...，BpJ ,其中 Bpi = [EBpiIffBpi]，i 表示極大值點的標識號； (B)從所述去噪場強值/= /)Λ7:』/;,/)Λ7\,…,/)Λ7丨I中選取出場強值的極小值點Pmin = (Sp1, Sp2,…，Sp』，其中Spj = [ESpj; WSpj], j表示極小值點的標識號； 所述極大值點Pmax = (Bp1, Bp2，…，BpJ中的Bp1表示 = Xiτ ■■}中的第一個極大值點，Bp2 表示
全文摘要
本發明公開了一種基於場強值的同頻多輻射源定位方法，屬於頻譜管理領域，該方法基於車載全向天線所測得的某一頻段場強值和GPS測得的經緯度數據。首先將場強數據按測量先後順序排列，利用小波多解析度分析剔除路測場強值中由快衰落引起的噪聲；然後找到極大值點對應的經緯度坐標；將極大值點用聚類算法劃分為不同的區域；最後用Egli模型公式對區域中的每個估計源點與區域內可用已測點進行計算，得到差值數組元素的絕對平均值，確定該區域中的源點位置。本發明為無測向條件下定位，且可靠性較高，在頻譜管理領域有廣泛的實用價值和應用前景。
文檔編號G01S19/46GK103018759SQ20121048266
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者謝樹果, 葉知秋, 李圓圓, 王磊, 蘇東林, 陳少剛 申請人:北京航空航天大學