一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法和系统

ml-dpd具有更优的定位精度。经验证，在脉冲噪声分散系数不一致的环境下，该算法的定位精度有所下降。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本技术提出一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方案。
8.本发明第一方面公开了一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法。所述方法包括：步骤s1、利用l个接收站，通过k次信号截取，获取来自位于p处的单个静止辐射源的观测信号，并对所述观测信号进行采样处理；其中，所述观测信号相比于所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号，包含了时延、多普勒频移以及噪声的影响因素；步骤s2、基于所述l个接收站的不一致脉冲噪声构造所述l个接收站中的每一个在各次截取所处的时隙中的代价函数；步骤s3、基于所述l个接收站的加权系数和所述l个接收站中的每一个在各个所述时隙中的代价函数来构建全局代价函数；其中，所述全局代价函数的极大值点表征所述单个静止辐射源的估计位置为所述单个静止辐射源的真实位置，所述l个接收站的加权系数依赖于所述l个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数。
9.根据本发明第一方面的方法，在所述步骤s1中，所述l个接收站中的每个接收站都在进行k次信号截取，单次截取时间为t，第l个所述接收站在第k次截取信号时的位置为，速度为，所述第k次截取所在的时隙中，所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号为，其中是载频，为带宽为w的窄带信号，且，则第l个所述接收站在所述第k次截取的所述观测信号为：其中，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到所述第l个接收站的传输时延，c为光速，为欧氏范数，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到第l个接收站产生的多普勒频移，，为所述第k次截取中所述第l个接收站的加性脉冲噪声，所述加性脉冲噪声服从稳定分布。
10.根据本发明第一方面的方法，在所述步骤s1中，以为采样周期对所述观测信号进行采样处理，则所述第l个接收站在所述第k次截取所在的时隙中接收到的观测信号的样本为：
其中，，向量形式为：其中，其中，表示以为对角线元素的对角矩阵，为向下移位算子，所述通过循环移动单位矩阵的行获取，表示向下取整，使用来实现的移位。
11.根据本发明第一方面的方法，在所述步骤s2中，获取所述l个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数，则所述第k次截取所在的时隙中第i个采样点的代价函数为：其中，为高斯核函数，为取共轭操作，为核长参数，表示每个时隙中每个采样点处的多个接收站观测样本的差，表示向量的第i个元素。
12.根据本发明第一方面的方法，在所述步骤s3中，将所述第k次截取所在的时隙、n个所述采样点的代价函数相加以获取所述全局代价函数，如下所示：。
13.根据本发明第一方面的方法，在所述步骤s3中，所述全局代价函数的极大值点为：。
14.本发明第二方面公开了一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位系统。所述系统包括：第一处理单元，被配置为，利用l个接收站，通过k次信号截取，获取来自位于p处的单个静止辐射源的观测信号，并对所述观测信号进行采样处理；其中，所述观测信号相比于所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号，包含了时延、多普勒频移以及噪声的影响因素；第二处理单元，被配置为，基于所述l个接收站的不一致脉冲噪声构造所述l个接收站中的每一个在各次截取所处的时隙中的代价函数；第三处理单元，被配置为，基于所述l个接收站的加权系数和所述l个接收站中的每一个在各个所述时隙中的代价函数来构建全局代价函数；
其中，所述全局代价函数的极大值点表征所述单个静止辐射源的估计位置为所述单个静止辐射源的真实位置，所述l个接收站的加权系数依赖于所述l个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数。
15.根据本发明第二方面的系统，所述l个接收站中的每个接收站都在进行k次信号截取，单次截取时间为t，第l个所述接收站在第k次截取信号时的位置为，速度为，所述第k次截取所在的时隙中，所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号为，其中是载频，为带宽为w的窄带信号，且，则第l个所述接收站在所述第k次截取的所述观测信号为：其中，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到所述第l个接收站的传输时延，c为光速，为欧氏范数，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到第l个接收站产生的多普勒频移，，为所述第k次截取中所述第l个接收站的加性脉冲噪声，所述加性脉冲噪声服从稳定分布。
16.根据本发明第二方面的系统，所述第一处理单元具体被配置为：以为采样周期对所述观测信号进行采样处理，则所述第l个接收站在所述第k次截取所在的时隙中接收到的观测信号的样本为：其中，，向量形式为：其中，其中，表示以为对角线元素的对角矩阵，为向下移位算子，所述通过循环移动单位矩阵的行获取，表示向下取整，使用来实现的移位。
17.根据本发明第二方面的系统，所述第二处理单元具体被配置为：获取所述l个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数，则所述第k次截取所在的时隙中第i个采样点的代价函数为：
其中，为高斯核函数，为取共轭操作，为核长参数，表示每个时隙中每个采样点处的多个接收站观测样本的差，表示向量的第i个元素。
18.根据本发明第二方面的系统，所述第三处理单元具体被配置为：将所述第k次截取所在的时隙、n个所述采样点的代价函数相加以获取所述全局代价函数，如下所示：。
19.根据本发明第二方面的系统，所述第三处理单元具体被配置为：所述全局代价函数的极大值点为：。
20.本发明第三方面公开了一种电子设备。所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本公开第一方面中任一项所述的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法中的步骤。
21.本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本公开第一方面中任一项所述的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法中的步骤。
22.综上，本发明提供的技术方案构造了目标直接定位的代价函数，针对脉冲噪声分散系数不一致的问题，利用噪声分散系数对不同信噪比的信号进行加权，解决了直接定位算法在不一致的脉冲噪声情况下，定位性能下降的问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为根据本发明实施例的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法的流程图；图2为根据本发明第一实施例的目标直接定位算法的流程示意图；图3为根据本发明第二实施例的ml-dpd算法、nwo-ml-dpd算法、nu-mcc-dpd算法在噪声不一致情况下的定位精度rmse随广义信噪比gsnr变化的曲线；图4为根据本发明实施例的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位系统的结构图；图5为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明第一方面公开了一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法。图1为根据本发明实施例的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法的流程图；如图1所示，所述方法包括：步骤s1、利用l个接收站，通过k次信号截取，获取来自位于p处的单个静止辐射源的观测信号，并对所述观测信号进行采样处理；其中，所述观测信号相比于所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号，包含了时延、多普勒频移以及噪声的影响因素；步骤s2、基于所述l个接收站的不一致脉冲噪声构造所述l个接收站中的每一个在各次截取所处的时隙中的代价函数；步骤s3、基于所述l个接收站的加权系数和所述l个接收站中的每一个在各个所述时隙中的代价函数来构建全局代价函数；其中，所述全局代价函数的极大值点表征所述单个静止辐射源的估计位置为所述单个静止辐射源的真实位置，所述l个接收站的加权系数依赖于所述l个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数。
27.在一些实施例中，在所述步骤s1中，所述l个接收站中的每个接收站都在进行k次信号截取，单次截取时间为t，第l个所述接收站在第k次截取信号时的位置为，速度为，所述第k次截取所在的时隙中，所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号为，其中是载频，为带宽为w的窄带信号，且，则第l个所述接收站在所述第k次截取的所述观测信号为：其中，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到所述第l个接收站的传输时延，c为光速，为欧氏范数，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到第l个接收站产生的多普勒频移，，为所述第k次截取中所述第l个接收站的加性脉冲噪声，所述加性脉冲噪声服从稳定分布。
28.在一些实施例中，在所述步骤s1中，以为采样周期对所述观测信号进行采样处理，则所述第l个接收站在所述第k次截取所在的时隙中接收到的观测信号的样本为：其中，，向量形式为：
其中，其中，表示以为对角线元素的对角矩阵，为向下移位算子，所述通过循环移动单位矩阵的行获取，表示向下取整，使用来实现的移位。
29.在一些实施例中，在所述步骤s2中，获取所述l个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数，则所述第k次截取所在的时隙中第i个采样点的代价函数为：其中，为高斯核函数，为取共轭操作，为核长参数，表示每个时隙中每个采样点处的多个接收站观测样本的差，表示向量的第i个元素。
30.在一些实施例中，在所述步骤s3中，将所述第k次截取所在的时隙、n个所述采样点的代价函数相加以获取所述全局代价函数，如下所示：。
31.在一些实施例中，在所述步骤s3中，所述全局代价函数的极大值点为：。
32.第一实施例图2为根据本发明第一实施例的目标直接定位算法的流程示意图；如图2所示，该流程包括：步骤1：考虑利用l个接收站对位于p处的单个静止辐射源目标进行定位。假设每个接收站进行k次信号截取，单次截取时间为t。第l个接收站在第k次截取信号时的位置和速度分别为和，，。设在第k个时隙中辐射源的发射信号是，其中，是载频，是带宽为w的窄带信号，满足。考虑时延、多普勒频移及噪声的影响，第l个接收站第k次截取的观测信号为：
其中，为第k次截取的发射信号从目标传播到第l个接收站的传输时延，c为光速，为欧氏范数；为第k次截取的发射信号从目标传播到第l个接收站产生的多普勒频移，其中，；为第k次截取时第l个接收站处的加性脉冲噪声，服从稳定分布。
33.步骤2：以为采样周期对接收信号进行采样，则第l个接收站第k个时隙的接收信号的样本为：其中，。将上式写成如下向量形式其中，其中，表示以为对角线元素的对角矩阵。为向下移位算子，通过循环移动单位矩阵的行得到，表示向下取整，使用来实现的移位。
34.步骤3：考虑各个接收站的噪声不一致情况，各接收站的脉冲噪声分散参数分别为，利用样本值代替期望，得到第k个时隙中第i个采样点的代价函数为：其中，为高斯核函数，为取共轭操作，为核长参数。表示每个时隙中每个采样点处的多个接收站观测样本的差，表示向量的第i个元素。
35.步骤4：将不同截取时刻、不同采样点的代价函数相加，获得全局代价函数：步骤6：求全局代价函数的极大值点，得到目标估计位置：第二实施例仿真条件：取静止目标位置为，考虑接收站数量，截取时隙，运
动速度均为,各接收站初始位置分别为、。发射信号的载频为2ghz，信号带宽为200khz，每次截取时间为3.9ms。
36.由于脉冲噪声不存在有限的方差，定义广义信噪比（generalized signal-to-noise ratio, gsnr）：其中，为信号的方差，为服从稳定分布的噪声的分散参数。仿真实验采用均方根误差（root mean squared error, rmse）来衡量算法的定位性能，定义如下：其中，q为蒙特卡洛实验次数，本文实验中；为第q次蒙特卡洛实验中目标的估计位置。
37.参数设置：给定脉冲噪声特征参数，mcc准则的核长参数。第一、第三个接收站接收信号的广义信噪比分别固定为-5 db、-2 db，第二、第四、第五个接收站接收信号的广义信噪比变化为-15、-10、-5、0、5、10、15db。
38.图3为根据本发明第二实施例的ml-dpd算法、nwo-ml-dpd算法、nu-mcc-dpd算法在噪声不一致情况下的定位精度rmse随广义信噪比gsnr变化的曲线；如图3所示，本发明的算法比基于极大似然准则的定位算法的定位效果更佳。与未考虑脉冲噪声的nwo-ml-dpd算法相比，利用噪声分散系数对不同信噪比信号加权后的nu-mcc-dpd算法显著提高了目标的定位精度。
39.本发明第二方面公开了一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位系统。图4为根据本发明实施例的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位系统的结构图；如图4所示，所述系统400包括：第一处理单元401，被配置为，利用l个接收站，通过k次信号截取，获取来自位于p处的单个静止辐射源的观测信号，并对所述观测信号进行采样处理；其中，所述观测信号相比于所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号，包含了时延、多普勒频移以及噪声的影响因素；第二处理单元402，被配置为，基于所述l个接收站的不一致脉冲噪声构造所述l个接收站中的每一个在各次截取所处的时隙中的代价函数；第三处理单元403，被配置为，被配置为，基于所述l个接收站的加权系数和所述l个接收站中的每一个在各个所述时隙中的代价函数来构建全局代价函数；其中，所述全局代价函数的极大值点表征所述单个静止辐射源的估计位置为所述单个静止辐射源的真实位置，所述l个接收站的加权系数依赖于所述l个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数。
40.根据本发明第二方面的系统，所述l个接收站中的每个接收站都在进行k次信号截
取，单次截取时间为t，第l个所述接收站在第k次截取信号时的位置为，速度为，所述第k次截取所在的时隙中，所述位于p处的单个静止辐射源的发射信号为，其中是载频，为带宽为w的窄带信号，且，则第l个所述接收站在所述第k次截取的所述观测信号为：其中，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到所述第l个接收站的传输时延，c为光速，为欧氏范数，为所述第k次截取中所述发射信号从目标传播到第l个接收站产生的多普勒频移，，为所述第k次截取中所述第l个接收站的加性脉冲噪声，所述加性脉冲噪声服从稳定分布。
41.根据本发明第二方面的系统，所述第一处理单元401具体被配置为：以为采样周期对所述观测信号进行采样处理，则所述第l个接收站在所述第k次截取所在的时隙中接收到的观测信号的样本为：其中，，向量形式为：其中，其中，表示以为对角线元素的对角矩阵，为向下移位算子，所述通过循环移动单位矩阵的行获取，表示向下取整，使用来实现的移位。
42.根据本发明第二方面的系统，所述第二处理单元402具体被配置为：获取所述l个接收站的不一致脉冲噪声的分散系数，则所述第k次截取所在的时隙中第i个采样点的代价函数为：其中，为高斯核函数，为取共轭操作，为核长参数，
表示每个时隙中每个采样点处的多个接收站观测样本的差，表示向量的第i个元素。
43.根据本发明第二方面的系统，所述第三处理单元403具体被配置为：将所述第k次截取所在的时隙、n个所述采样点的代价函数相加以获取所述全局代价函数，如下所示：。
44.根据本发明第二方面的系统，所述第三处理单元403具体被配置为：所述全局代价函数的极大值点为：。
45.本发明第三方面公开了一种电子设备。所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本公开第一方面中任一项所述的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法中的步骤。
46.图5为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图，如图5所示，电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、运营商网络、近场通信（nfc）或其他技术实现。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
47.本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本公开的技术方案相关的部分的结构图，并不构成对本技术方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
48.本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本公开第一方面中任一项所述的一种在不一致脉冲噪声环境下的目标直接定位方法中的步骤。
49.综上，本发明提供的技术方案具有如下优点：（1）本发明提出的方法利用接收信号中的时延和多普勒频移信息，实现运动平台对目标的直接定位；（2）本发明基于对脉冲噪声的参数化建模，构造了相应的代价函数，得到的算法能提高脉冲噪声环境下直接定位算法的定位精度；（3）本发明提出的方法针对脉冲噪声分散系数不一致的情况，利用噪声分散系数对不同信噪比信号进行加权，增加了高信噪比信号的定位贡献，有效地提升了脉冲噪声不一致情况下的目标定位精度。
50.请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变
形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。