基于伪多普勒天线的信源定位方法研究

摘要

近年来随着现代无线通信技术的发展，无线通信设备数量及频谱覆盖密度都显著增加。一些突发或恶意的信号干扰可能会对用户造成巨大的财产损失;恐怖分子及反动势力也会利用无线信号进行联络或散布言论，威胁人民群众的人身及财产安全。因此无线信号源定位技术作为无线电监测的关键技术，在干扰源定位、违法信号侦测、可疑信号跟踪等领域起着至关重要的作用。
　　伪多普勒天线作为被广泛使用的一类测向天线具有结构简单、能耗小、精度高的特点。其具有的单通道测向能力使无线电监测人员可以通过部署两个或多个伪多普勒天线来进行信号源定位工作，也可与其他类型天线搭配完成定位任务。
　　但是当伪多普勒天线尺寸与接收信号频率不适配时测向结果会出现相位模糊，除此之外，传统的伪多普勒定位方法对于稳定分布噪声的鲁棒性较差，且其本身基于到达方位角（Angle of Arrival，AOA）的定位原理在非视距(Non-Line-Of-Sight，NLOS)环境下会失效。本文针对以上问题进行了深入的研究，提出了两种视距环境下的改进定位方法及一种适用于非视距环境的定位方法，具体内容介绍如下:
　　(1)本文提出了一种AOA与TDOA（Time Delay of Arrival，到达时间延迟）相结合的单通道伪多普勒定位方法，并通过相关干涉仪数据库匹配的原理克服了由天线尺寸与信号频率不匹配带来的相位模糊问题。仿真与真实实验均表明该方法具有较高的信号源定位精度。
　　(2)本文提出了一种基于粒子滤波的双站伪多普勒定位方法，该方法使用粒子滤波对两个接收机的来波方位角进行联合估计，并通过非线性映射得到信源位置坐标估计，实现了方位角计算与双站定位的集成。仿真实验表明该方法在稳定分布噪声下的定位精度要明显高于传统的伪多普勒定位方法。
　　(3)本文针对非视距环境下的信号源定位问题提出了一种改进的基于信号指纹数据库匹配的伪多普勒定位方法，并利用.Net Framework搭建了基于光线追踪原理的信号传播仿真平台，利用该平台进行了信号发射、信号接收、信号处理和指纹提取、指纹数据库生成及信号源定位的一体化仿真实验，实验结果显示该方法在非视距的环境下具有较高的定位精度。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状及趋势

1．2．1 信源定位

1．2．2 基于伪多普勒天线的测向技术

1．3 本文的主要工作

2 常见信源定位方法及伪多普勒天线介绍

2．1 视距环境特点及信源定位方法

2．1．1 基于信号到达角度的定位方法

2．1．2 基于信号到达时间延迟的定位方法

2．1．3 基于信号强度的定位方法

2．1．4 混合定位方法

2．2 非视距环境特点及信源定位方法

2．2．1 基于非视距成分识别及剔除的定位方法

2．2．2 基于视距参数重构的定位方法

2．2．3 基于信号指纹数据库匹配的定位方法

2．3 伪多普勒天线

2．3．1 伪多普勒天线介绍

2．3．2 多普勒和伪多普勒天线接收信号模型

2．3．3 多普勒和伪多普勒天线的测向算法

2．4 本章小结

3 视距环境下基于伪多普勒天线的定位方法

3．1 传统双站伪多普勒定位方法

3．2 基于单通道伪多普勒测向及TDOA估计的双站定位方法

3．2．1 基于相关干涉仪数据库匹配的AOA参数估计算法

3．2．2 TDOA参数估计算法

3．2．3 定位方法

3．2．4 实验及结果分析

3．3 SαS分布噪声下基于粒子滤波的双站伪多普勒定位方法

3．3．1 SαS分布噪声

3．3．2 粒子滤波

3．3．3 基于粒子滤波的双站伪多普勒定位方法

3．3．4 仿真实验及结果分析

3．4 本章小结

4 非视距环境下基于信号指纹数据库匹配的伪多普勒定位方法

4．1 非视距环境的信号传播模型

4．2 基于光线追踪技术的信号传播仿真平台

4．2．1 光线追踪技术

4．2．2 信号传播仿真原理

4．2．3 仿真平台的搭建

4．3 基于信号指纹数据库匹配的伪多普勒定位方法

4．3．1 信号指纹的提取

4．3．2 定位原理

4．3．3 仿真实验及结果分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢