一种基于场强值的同频多辐射源定位方法

摘要

本发明公开了一种基于场强值的同频多辐射源定位方法，属于频谱管理领域，该方法基于车载全向天线所测得的某一频段场强值和GPS测得的经纬度数据。首先将场强数据按测量先后顺序排列，利用小波多分辨率分析剔除路测场强值中由快衰落引起的噪声；然后找到极大值点对应的经纬度坐标；将极大值点用聚类算法划分为不同的区域；最后用Egli模型公式对区域中的每个估计源点与区域内可用已测点进行计算，得到差值数组元素的绝对平均值，确定该区域中的源点位置。本发明为无测向条件下定位，且可靠性较高，在频谱管理领域有广泛的实用价值和应用前景。

主权项

1.一种基于场强值的同频多辐射源定位方法，其特征在于包括有下列步骤： 步骤一：路测场强信号快衰落噪声的消除； （A）从电磁场强信息中选取电视广播业务频段790～798MHz的部分，记为待处理频段场强值所述待处理频段场强值中的表示电视广播北京卫视业务频段内在采样时刻T₁下的场强值，表示电视广播北京卫视业务频段内在采样时刻T₂下的场强值，表示电视广播北京卫视业务频段内在采样时刻T_a下的场强值；（B）选取出中的每个采样时刻T_a下的最大场强值所述最大场强值中的表示在电视广播北京卫视业务频段内且在采样时刻T₁下的最大场强值，表示在电视广播北京卫视业务频段内且在采样时刻T₂下的最大场强值，表示在电视广播北京卫视业务频段内且在采样时刻T_a下的最大场强值；（C）将最大场强值用dB5小波Mallat算法8级分解，分别得到低频分量和高频分量；其中，第一个低频分量记为Ca₁、第二个低频分量记为Ca₂、第三个低频分量记为Ca₃、第四个低频分量记为Ca₄、第五个低频分量记为Ca₅、第六个低频分量记为Ca₆、第七个低频分量记为Ca₇、第八个低频分量记为Ca₈； 其中，第一个高频分量记为Cd₁、第二个高频分量记为Cd₂、第三个高频分量记为Cd₃、第四个高频分量记为Cd₄、第五个高频分量记为Cd₅、第六个高频分量记为Cd₆、第七个高频分量记为Cd₇、第八个高频分量记为Cd₈； （D）采用小波Mallat重构方法对第八个低频分量Ca₈和第八个高频分量Cd₈进行重构，得到去噪场强值E_dno； 所述去噪场强值中表示重构后采样时刻T₁下的场强值，表示重构后采样时刻T₂下的场强值，表示重构后采样时刻T_a下的场强值；步骤二：极值点的选取； （A）从所述去噪场强值中选取出场强值的极大值点P_max＝{Bp₁,Bp₂,…,Bp_i}，其中Bp_i＝[EBp_i;WBp_i]，i表示极大值点的标识号；（B）从所述去噪场强值中选取出场强值的极小值点P_min＝{Sp₁,Sp₂,…,Sp_j}，其中Sp_j＝[ESp_j;WSp_j]，j表示极小值点的标识号；所述极大值点P_max＝{Bp₁,Bp₂,…,Bp_i}中的Bp₁表示中的第一个极大值点，Bp₂表示中的第二个极大值点，Bp_i表示中的任意一个极大值点；所述Bp_i＝[EBp_i;WBp_i]中的EBp_i表示第i个极大值点Bp_i的大小，WBp_i表示第i个极大值点Bp_i在中对应点的顺序号，简称为极大值点顺序号；所述极小值点P_min＝{Sp₁,Sp₂,…,Sp_j}中的Sp₁表示中的第一个极小值点，Sp₂表示中的第二个极小值点，Sp_j表示中的任意一个极小值点；所述Sp_j＝[ESp_j;WSp_j]中的ESp_j表示第j个极大值点Sp_j的大小，WSp_j表示第j个极大值点Sp_j在中对应点的顺序号，简称为极小值点顺序号；（C）依据极大值点顺序号WBp_i和极小值点顺序号WSp_j从小到大对极大值点P_max＝{Bp₁,Bp₂,…,Bp_i}和极小值点P_min＝{Sp₁,Sp₂,…,Sp_j}进行排列，得到待处理极值点序列P＝{p₁,p₂,…,p_(i+j)},其中p_(i+j)＝[Ep_(i+j);Sp_(i+j);BS_(i+j)]； 所述P＝{p₁,p₂,…,p_(i+j)}中p₁表示中的第一个极值点，p₂表示中的第二个极值点，p_(i+j)表示中的任意一个极值点，i+j表示极值点的标识号；所述p_(i+j)＝[Ep_(i+j);Sp_(i+j);BS_(i+j)]中Ep_(i+j)表示第(i+j)个极值点p_(i+j)的幅值，Sp_(i+j)表示第(i+j)个极值点p_(i+j)在中对应点的顺序号，简称为极值点顺序号，BS_(i+j)表示第(i+j)个极值点p_(i+j) 的是极大值还是极小值；（D）求出极值点序列P＝{p₁,p₂,…,p_(i+j)}中每一对相邻极值点p_(i+j)与p_(i+j+1)的幅值之差的绝对值Cha_(i+j)＝|Ep_(i+j+1)-Ep_(i+j)|，找出所有这些绝对值中的最小值MCha，简称为最小值，若所述最小值MCha小于等于2，则删除这一对相邻极值点p_(i+j)与p_(i+j+1)，得到更新后的极值点序列NEWP＝{p₁,p₂,…,p_(i+j)}； （E）重复步骤D，直到（D）所述最小值MCha大于2时停止，得到最终合理的极值点序列HP＝{Hp₁,Hp₂,…,Hp_m}，简称为合理极值点序列，其中Hp_m＝[HEp_m;HSp_m;HBS_m]，m表示合理极值点的标识号，这样便剔除了由于小波算法未能成功消除的部分电波传播快衰落引起的不合理极值点； 所述HP＝{Hp₁,Hp₂,…,Hp_m}中Hp₁表示中的第一个合理极值点，Hp₂表示中的第二个合理极值点，Hp_m表示中的任意一个极大值点；所述Hp_m＝[HEp_m;HSp_m;HBS_m]中HEp_m表示第m个极值点Hp_m的幅值，HSp_m表示第m个极值点Hp_m在中对应点的顺序号，简称为极值点顺序号，HBS_m表示第m个极值点Hp_m的是极大值还是极小值；若Hp_m为极大值，则赋值为1；若Hp_m为极小值，则赋值为-1；步骤三：极大值点的聚类； （A）依据经纬度坐标计算两点间距离可得，起始点测量位置与终止点测量位置之间的距离为：D_degrees＝acos[cos(Ys)×cos(Ye)× cos(Xe-Xs)+sin(Ys)×sin(Ye)]， 其中：D_degrees表示两点间相对于地球中心的夹角，单位为度； D_meters表示由经纬度坐标计算所得的两点间距离，单位为m； Ys表示起始点纬度； Ye表示终止点纬度； Xs表示起始点经度； Xe表示终止点经度； （B）根据所述合理极值点Hp_m＝[HEp_m;HSp_m;HBS_m]中的HBS_m值为1的是极大值点，从合理极值点序列HP＝{Hp₁,Hp₂,…,Hp_m}中取出极大值点序 列其中BHp_m＝[BHEp_m;BHSp_m]；所述BHP＝{BHp₁,BHp₂,…,BHp_m}中BHp₁表示中的第一个合理极大值点，BHp₂表示中的第二个合理极大值点，BHp_m表示中的任意一个极大值点，m为合理极大值点的标识号；所述BHp_m＝[BHEp_m;BHSp_m]中BHEp_m表示第m个极值点BHp_m的幅值，BHSp_m表示第m个极值点BHp_m在中对应点的顺序号；（C）对合理极大值点序列中所有BHp_m在中对应点的测量点位置进行距离聚类分析，即是将各测量点位置的间距D_meters小于4千米的合理极大值点归为一类，得到一个合理极大值类的集合oldCLASS＝{class₁,class₂,…,class_t}；若某个类class_t内只有一个合理极大值点BHp_m，则判断该合理极大值点BHp_m的去噪场强值的大小，若比所有去噪场强值中的最大值MAXE_dno小10dB，则认为该合理极大值点BHp_m附近没有辐射源，删除该极大值点BHp_m的类，得到更新后的类集合CLASS＝{class₁,class₂,…,class_t}；所述合理极大值类的集合CLASS＝{class₁,class₂,…,class_t}中class₁表示第一个合理极大值类，class₂表示第二个合理极大值类，class_t表示第t个合理极大值类，t表示合理极大值类的标识号； 归到类class_t的合理极大值点序列记为其中所述中表示BHP＝{BHp₁,BHp₂,…,BHp_m}中属于类class_t的第一个合理极大值点，表示BHP＝{BHp₁,BHp₂,…,BHp_m}中属于类class_t的第二个合理极大值点，表示BHP＝{BHp₁,BHp₂,…,BHp_m}中属于类class_t的最后一个合理极大值点（也称为任意一个极大值点），n为合理极大值点的标识号；所述中表示第n个极值点的幅值，表示第n个极值点在中对应点的顺序号，简称为合理极大值点顺序号；步骤四：确定各个类的有效测量点和类的区域范围； （A）取出class_t类中的第一个合理极大值点BHp_m，并查出BHp_m对应 在去噪场强值序列中的测量点所对应的场强值，并找出该场强值向左右两边衰减2dB的场强值，并记录下向左衰减2dB的场强值序号，记为左顺序号zuo₁，向右衰减2dB的场强值序号，记为右顺序号you₁；取出class_t类中的第二个合理极大值点BHp_m，并查出BHp_m对应在去噪场强值序列中的测量点所对应的场强值，并找出该场强值向左右两边衰减2dB的场强值，并记录下向左衰减2dB的场强值序号，记为左顺序号zuo₂，向右衰减2dB的场强值序号，记为右顺序号you₂；取出class_t类中的第g个合理极大值点BHp_m，并查出BHp_m对应在去噪场强值序列中的测量点所对应的场强值，并找出该场强值向左右两边衰减2dB的场强值，并记录下向左衰减2dB的场强值序号，记为左顺序号zuo_g，向右衰减2dB的场强值序号，记为右顺序号you_g；由此，左顺序号序列记为ZUO＝{zuo₁,zuo₂,…,zuo_g}和右顺序号序列记为YOU＝{you₁,you₂,…,you_g}； （B）取出去噪场强值序列中左顺序号zuo₁和右顺序号you₁之间、左顺序号zuo₂和右顺序号you₂之间、…、左顺序号zuo_g和右顺序号you_g之间的所有去噪场强值得到有效测量点序列其中有效测量点t表示合理极大值类的标识号；所述中表示类class_t中第一个有效测量点，表示类class_t中第二个有效测量点，表示类class_t中最后一个有效测量点，也称为类class_t中任一有效测量点，u表示有效测量点的标识号；所述中表示类class_t中第u个有效测量点的幅值，表示第u个有效测量点在中对应点的顺序号；（C）作一个面积最小且正好能包围对类class_t的有效测量点序列中所有测量点的矩形，将这一矩形作为这个类class_t的区域REG_t，并认为这个区域REG_t内有且只有一个辐射源S_t(X,Y)；判断该矩形区域REG_t的长和宽，若较短的宽边小于2000米，则 将区域矩形的宽扩展至2000米，并保持矩形中心不变；步骤五：判断各个区域内源点的可能所在位置； 对于每一个类class_t，在该类class_t的区域REG_t内，对每个合理极大值点BHp_m，作一条过该点并垂直于该点所在测量点轨迹的直线，在该直线上以合理极大值点BHp_m为初始位置，以400米为步长向直线两端取坐标点；在该区域所有合理极大值点BHp_m对应直线上取得的坐标点序列作为估计源点所述中表示区域REG_t内第一个估计源点，表示区域REG_t内第一个估计源点，表示区域REG_t内最后一个估计源点，也称为任意一个估计源点，q为估计源点的标识号；步骤六：用估计源点与电波模型计算有效已测点场强； 利用适合解决市区无线电辐射源位置估计的Egli模型的经验公式，根据类class_t的区域REG_t内的某一特定估计源点计算得到该类classt的所有有效测量点所在地理位置的计算场强值序列所述中表示有效测量点所在地理位置的由估计源点计算得到的场强值，表示有效测量点所在地理位置的由估计源点计算得到的场强值表示有效测量点所在地理位置的由估计源点计算得到的场强值，与中的点是一一对应的，u表示有效测量点的标识号，tq表示计算场强值序列属于该区域REG_t中的估计源点由类class_t的区域REG_t内的估计源点的场强值计算该类class_t中有效测量点所在地理位置的计算场强值的具体公式为：式中为区域REG_t中估计源点与有效测量点的距离，单位为m；同理，将区域REGt中所有估计源点都进行步骤六上述运算，即可得到每个估计源点各自对应的计算场强值序列步骤七：比较区域内有效测量点的计算值与测量值，确定源点位置； （A）将区域REG_t内的某一特定估计源点计算得到的计算场强值序列与有效测量点序列中一一对应的点作如下运算得到绝对差值平均值即将区域REG_t中所有估计源点都作步骤七以上运算，将得到对应的绝对差值平均值序列所述中表示区域REG_t内的第一个定估计源点计算得到绝对差值平均值，表示区域REG_t内的第二个定估计源点计算得到绝对差值平均值，表示区域REG_t内的最后一个定估计源点计算得到绝对差值平均值（也称为任意一个定估计源点计算得到绝对差值平均值），t、q为绝对差值平均值的标识号，t表示该绝对差值平均值序列属于区域REG_t，q表示该绝对差值平均值序列属于估计源点（B）找到绝对差值平均值序列中最小的对应中的估计源点则该估计源点所在地理位置就是该区域REG_t内的辐射源位置S_t(X,Y)；对类CLASS＝{class₁,class₂,…,class_t}中的所有类class₁,class₂,…,class_t都进行以上步骤四～步骤七运算，则每个将得到一一对应的辐射源位置，即S₁(X,Y),S₂(X,Y),…,S_t(X,Y)。