专利名称：一种基于场强值的同频多辐射源定位方法
技术领域：
本发明属于无线电监测的技术领域，更特别地说，是利用无方向性的场强值与对应的经纬度坐标数据定位多辐射源的定位方法，该方法有效解决了多径效应及快衰落对定位造成的恶劣影响。
背景技术：
随着近来通信技术的高速发展和电磁环境日趋恶化，如何有效地对各种辐射源进行监视控制是电磁环境监测部门亟待解决的难题。对辐射源进行有效监控的前提是确定辐射源的准确位置。目前，实现辐射源定位的主要方法是通过测量辐射信号的方向来实现交叉定位。但由于市区地理环境复杂，高楼林立，电波的绕射和多径传播对传统的测向结果影响很大，难以满足用户的需要。中国科学技术大学学报于2002年10月第32卷第5期公开了《一种基于GIS和场强测量的辐射源位置估算新方法》，该文中提出了一种基于地理信息系统(geographicalinformation system, GIS)和场强测量的福射源位置估算方法，讨论了影响定位结果的几种可能因素(电波传播、电波传播模型误差、功率测量误差、地球曲率和介电常数)，并给出了实际操作中的具体解决方案。该方法将电波传播模型和地理信息系统结合起来，利用各观测点场强测量的相对值，能有效地降低电波的绕射和多径传播的影响，较准确地实现了辐射源的位置估计。
发明内容
为了在市区复杂电磁环境下实现对辐射源的有效定位，本发明提出一种基于场强值的同频多辐射源定位方法。该方法利用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。然后对某一频段场强值采用小波分解及重构消除电播传播快衰落，随后采用聚类方法确定各个辐射源的影响范围，最后在范围内的估计源点应用电波传播模型(Egli模型)计算出车载沿道路所采集点的场强值，并与对应点的测量值相减，求出所有差值的绝对平均值，该绝对平均值最小的估计源点即为最终辐射源位置。从而有效实现了同频多辐射源的定位。本发明基于场强值的同频多辐射源定位方法的优点在于①基于本方法已经实现软件的自动化运算，只需用户给出经纬度坐标以及相应的场强值，即可自动定位出辐射源的位置，为频谱管理工作提供有价值的参考信息。②本方法利用场强值进行定位，避免使用昂贵的测向设备造成的高额费用，以及由于市区地理环境复杂，电波的绕射和多径传播对传统的测向结果影响。③由于建筑物对电波传播有绕射、反射等影响会造成快衰落，本方法利用小波分解再重构平滑部分的方法有效消除了快衰落对场强值剧烈变化的影响。④聚类算法将整个地区划分出多个可能有辐射源存在的小区域，避免了在多个辐射源在某已测点叠加而造成的辐射源位置误判，实现了同频段多辐射源的定位。
⑤本方法利用Egli模型，并引入偏差补偿，克服了未知辐射源强度、高度等条件的情况无法应用电波传播模型的情况，有效地利用模型进行了辐射源的定位。
图1是本发明的一种场强值采集系统的结构框图。图2是频谱仪采集的瞬时频谱图。图3是本发明基于场强值的同频多辐射源定位的流程图。图4是8级小波分解的原理图。图5是小波处理和极大值选取的效果图。图6是估计辐射源位置直线与已测点路径示意图。图7是路测场强值、极大值点和辐射源定位结果。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图1所示的车载移动电磁频谱监测系统的结构框图，该车载移动电磁频谱监测系统包括有移动平台(可以是汽车、移动载体)、全向天线、频谱分析仪、GPS接收仪和计算机(计算机内安装有同频多辐射源定位策略TPDW，采用软件编程得到)，全向天线安装在移动平台的壳体上方，频谱分析仪、GPS接收仪和计算机安装在移动平台的壳体内。全向天线用于实时把电磁环境中30MHz IGHz的电滋波转换为高频电流A输出给频谱分析仪。频谱分析仪用于实时对接收到的所述高频电流A进行频率分量分析，得到 在每个采样时刻Ta下频率为80MHz 1GHz、频率递增步长为2MHz的电磁场强信息
Eri中的a表示采样时刻的标识号，一般Ta的取值为I秒；频谱分析仪
输出的频率与幅度的关系图2所示。在本发明中，第I个采样时刻记为T1,则T1采样时刻下的电磁场强信息记为
Et' = {eIl ,e2 ' ,eIl}，<表不在T1米样时刻、80MHz条件下的电磁场强值，々表不在T1米样时
亥lJ、82MHz条件下的电磁场强值；......表不在T1米样时刻、IGHz条件下的电磁场强值,单
位为dB ;在频率递增步长为2MHz时b为461。同理可得在本发明中，第2个采样时刻记为T2,则T2采样时刻下的电磁场强信息记为
Et2 = {42，eI2，…，4丨，ef2表不在T2米样时刻、8OMHz条件下的电磁场强值e'.表不在T2米样时
亥lJ、82MHz条件下的电磁场强值；……；e〖2表示在T2采样时刻、IGHz条件下的电磁场强值，单位为dB ;在频率递增步长为2MHz时b为461。同理可得在本发明中，第a个采样时刻记为Ta，则Ta采样时刻下的电磁场强信息记为ETb = ,ef }，<表示在Ta采样时刻、80MHz条件下的电磁场强值表示在Ta采样时
亥lJ、82MHz条件下的电磁场强值；......；<表不在Ta米样时刻、IGHz条件下的电磁场强值，
单位为dB ;在频率递增步长为2MHz时b为461。为了方便说明，采样时刻Ta下的电磁场强信息AJ71也称为任意一米样时刻Ta下的电磁场强信息￡^ =^elayeT{-,Crh" |。
GPS接收仪用于采集电磁环境中在采样时刻Ta下的经纬度坐标(U)(简称为采集点位置『rjU));该采集点位置(1，乃也是测量点位置。X表示经度值，Y表示纬度值。两个采集点位置分别记为起始点测量位置SI(&，&)，终止点测量位置(尤，I)。计算机对接收到的采集时间T = T结束-T开始内的电磁场强信息[ =
和采集点位置,=(A\ Y),Wr (X,Y),-JVy. (A\F)j进行同频多辐射源定位策略TPDW处
理，得到辐射源在地理环境中的位置S(X，Y)(简称为辐射源位置S (X，Y))。对于辐射源位置S(X，Y)的个数是本发明需要解决的问题，因此辐射源位置S(X，Y)可以表示为St (X，Y)，t表示辐射源所在区域REGt的标识号。在本发明中，计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值 计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。最低配置为CPU 2GHz,内存2GB，硬盘30GB ；操作系统为windows2000/2003/XP/Win7。计算机内采用MATLAB(版本号2011a)软件编程得到同频多辐射源定位策略TPDW。全向天线选用施瓦茨贝克公司生产的型号为SB9113B (30MHz_3GHz)天线。频谱分析仪选用安捷伦N9340B频谱仪(IOOk 3GHz )。GPS接收仪选用HOLUX公司GR-213。本发明的一种基于场强值的同频多辐射源定位方法，包括以下步骤步骤一路测场强信号快衰落噪声的消除；(A)从电磁场强信息五= 1%, ，…,中选取电视广播北京卫视业务频段(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= (TFBri, TVEny- , TVEla j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Ta下的场强值。(B)选取出/…，中的每个采样时刻TaT的最大场强值TVEM = {EMr, EMt' EMr }；所述最大场强值ITEM=,…，I中的EM21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,皿1~2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，皿I表示在电视广播北京卫视业务频段内且在采样时刻Ta下的最大场强值。(C)将最大场强值7 V1:M = |/:Mr, hM7- , , /:M/; '!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。在本发明中，对于场强值用dB5小波Mallat算法的8级分解的分解方式可以参考如图4所示的8级分解示意图。(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Edn。。所述去噪场强值
权利要求
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)从电磁场强信息五= Iur2,...,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/:_n' = {TVETiJVETi,--JVET}; 所述待处理频段场强值= {TVETi,TVEh,-,TVE7a I中的JTfli表示电视广播北京卫视业务频段内在采样时刻!\下的场强值，D7E7i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Ta下的场强值； (B )选取出!:1T = {TV!、，TVEh，…，TVEla丨中的每个采样时刻Ta下的最大场强值TVKM = \KMT,EMi, ,···,KM,. }； 所述最大场强值rFEM = [EMT; JEMTiy'EMTi j中的五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Ta下的最大场强值； (C)将最大场强值n'H= {EMr,1-M,.,…，HM,.1用dB5小波MalIat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Edn。； 所述去噪场强值={/W/^,,DNEDNEi }t ./JW/、表示重构后采样时刻T1下的场强值，馬^表示重构后采样时刻T2下的场强值，DA ;,表示重构后采样时刻Ta下的场强值； 步骤二 极值点的选�。� (A)从所述去噪场强值/)/￥/、,··_,/)/￥/%I中选取出场强值的极大值点 Pmax = (Bp1, Bp2, ...，BpJ ,其中 Bpi = [EBpiIffBpi]，i 表示极大值点的标识号； (B)从所述去噪场强值/= /)Λ7:’/;,/)Λ7\,…,/)Λ7丨I中选取出场强值的极小值点Pmin = (Sp1, Sp2,…，Sp』，其中Spj = [ESpj; WSpj], j表示极小值点的标识号； 所述极大值点Pmax = (Bp1, Bp2，…，BpJ中的Bp1表示 = Xiτ ■■}中的第一个极大值点，Bp2 表示
全文摘要
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。
文档编号G01S19/46GK103018759SQ20121048266
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者谢树果, 叶知秋, 李圆圆, 王磊, 苏东林, 陈少刚 申请人:北京航空航天大学
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