發(fā)布時(shí)間：2016-11-13所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 輻射源是指能發(fā)射電離輻射的物質(zhì)或裝置。從廣義上講，凡能釋放各種電離輻射的物質(zhì)或裝置(如宇宙射線)均可視為輻射源。本文是一篇 通信科技論文 范文，主要論述了基于北斗的輻射源定位技術(shù)研究。 【摘要】 輻射源定位在生產(chǎn)生活中具有重要的意義，如違法電臺(tái)
輻射源是指能發(fā)射電離輻射的物質(zhì)或裝置。從廣義上講，凡能釋放各種電離輻射的物質(zhì)或裝置(如宇宙射線)均可視為輻射源。本文是一篇通信科技論文范文，主要論述了基于北斗的輻射源定位技術(shù)研究。
【摘要】 輻射源定位在生產(chǎn)生活中具有重要的意義，如違法電臺(tái)的偵測(cè)定位、搜救中的信號(hào)源定位等。本文的目的是實(shí)現(xiàn)輻射源準(zhǔn)確定位，利用北斗定位技術(shù)獲取接收天線的位置和絕對(duì)方位。利用壓縮感知理論，實(shí)現(xiàn)輻射源相對(duì)于天線的相對(duì)測(cè)向，通過(guò)空間后方交會(huì)原理，利用最小二乘法解算輻射源的位置。
【關(guān)鍵詞】 北斗,輻射源定位,壓縮感知
一、引言
無(wú)線電監(jiān)測(cè)與測(cè)向是實(shí)施無(wú)線電頻譜管理的重要手段，利用無(wú)線電監(jiān)測(cè)可以獲得大量無(wú)線電管理領(lǐng)域所屬無(wú)線電設(shè)備的工作狀態(tài)以及無(wú)線電頻譜信息和特征技術(shù)參數(shù)，它不僅能夠?yàn)闊o(wú)線電頻譜管理提供所需要的參數(shù)，而且可以為軍隊(duì)制定無(wú)線電頻譜管理和通信保障計(jì)劃提供技術(shù)支撐。
現(xiàn)有的信號(hào)源定位方法有許多種，可以采用振幅測(cè)向法，相位測(cè)向法等，由于對(duì)無(wú)線電信號(hào)在射頻上直接進(jìn)行信號(hào)的數(shù)字化處理存在技術(shù)上的困難，常規(guī)體制的無(wú)線電測(cè)向設(shè)備都是將各天線元接收的信號(hào)先在射頻前端以某種方式進(jìn)行合成，然后將合成信號(hào)通過(guò)信道接收機(jī)進(jìn)行數(shù)字化處理，由此導(dǎo)致各天線元信息無(wú)法得到充分利用，從而使測(cè)向設(shè)備的性能受到陣元數(shù)、陣列尺寸、波束寬度、電磁信號(hào)環(huán)境及場(chǎng)地等條件的限制。[1]為了適應(yīng)高精度、高分辨率測(cè)向定位的要求，采用空間譜估計(jì)測(cè)向方法，典型的算法是MUSIC(Multiple Signal Classification)算法，該算法在無(wú)線電信號(hào)測(cè)向領(lǐng)域產(chǎn)生了深刻影響，但是在測(cè)向時(shí)需要較多的觀測(cè)值，在緊急救援時(shí)造成不便。
本文利用北斗定位技術(shù)和壓縮感知理論，以實(shí)現(xiàn)輻射源的快速定位。利用北斗定位技術(shù)可以獲取接收天線的當(dāng)前位置和絕對(duì)方位。將壓縮感知理論應(yīng)用到輻射源定位中，可以解決傳統(tǒng)算法多觀測(cè)值、以及較多輻射源信號(hào)條件下難以定位的限制。當(dāng)接收天線在兩個(gè)或者兩個(gè)以上的位置獲取到信號(hào)源的入射方位后，則可以利用空間后方交會(huì)原理獲取輻射源的具體位置。
二、基于壓縮感知理論的輻射源定向
無(wú)線電測(cè)向就是確定正在工作的無(wú)線電臺(tái)(輻射源)的方位。通常以測(cè)向天線所在位置作為觀測(cè)參考點(diǎn)，在水平面0°～ 360°范圍內(nèi)考察目標(biāo)輻射源來(lái)波信號(hào)的方向，稱為來(lái)波信號(hào)的水平方位角。信號(hào)源測(cè)向原理如圖1。
壓縮感知理論表明， 當(dāng)信號(hào)具有稀疏性或可壓縮性時(shí)，通過(guò)采集少量的信號(hào)投影值就可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的準(zhǔn)確或近似重構(gòu)。輻射源信號(hào)的潛在方位角是( -90°～ 90°)，然而實(shí)際輻射源信號(hào)的方位角只占潛在信號(hào)源方位角中很小的一部分，因此，潛在輻射源信號(hào)是可稀疏的，由此可利用壓縮感知理論，即可準(zhǔn)確獲取信號(hào)的入射角，實(shí)現(xiàn)信號(hào)源的定向這相對(duì)于MUSIC等算法，具有更高的可靠性，這部分研究小組已經(jīng)取得相關(guān)研究結(jié)論。[2]
三、基于北斗的輻射源定位
3.1信號(hào)源的絕對(duì)定向
利用壓縮感知理論對(duì)信號(hào)源進(jìn)行定向，只能獲取入射信號(hào)相對(duì)于天線的入射角，而天線的絕對(duì)方向是未知的。由于北斗衛(wèi)星在任一瞬間的位置可以通過(guò)導(dǎo)航電文提供的相關(guān)參數(shù)解算出來(lái)，因此通過(guò)對(duì)北斗衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)向，就可以間接的獲取天線的絕對(duì)方向，如圖3。
信號(hào)源入射角為∠FOM，衛(wèi)星信號(hào)的入射源為∠SOF，設(shè)入射信號(hào)在天線法線左側(cè)進(jìn)入時(shí)，角度為負(fù)，右側(cè)進(jìn)入時(shí)角度為正。
當(dāng)前衛(wèi)星信號(hào)的入射角∠FOS可以通過(guò)天線測(cè)向獲取，則可得天線的方位角
∠NOF=∠NOS-∠FOS
為了提高天線定向的可靠性，對(duì)多顆北斗衛(wèi)星同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，獲取天線法線的方位角，取平均值作為最終天線法線的方位角。由于利用天頂方向的衛(wèi)星進(jìn)行天線定向誤差較大，因此建議選取高度角在60度以下的北斗衛(wèi)星進(jìn)行天線定向。
同理可以利用定向天線對(duì)信號(hào)源進(jìn)行測(cè)向，獲得入射角∠FOM。因此可得信號(hào)源的絕對(duì)方位角為
∠NOM=∠FOM+∠NOF
3.2信號(hào)源的絕對(duì)定位
設(shè)信號(hào)源的二維直角坐標(biāo)為(xm，ym)，天線位置為(xO，yO)，則天線到信號(hào)源的方位為：
如在兩個(gè)位置對(duì)信號(hào)源進(jìn)行了測(cè)向，同時(shí)利用北斗定位功能獲取每次測(cè)向時(shí)天線的二維直角坐標(biāo)，則可以通過(guò)空間后方交會(huì)原理獲得信號(hào)源的二維直角坐標(biāo)，如圖4。
當(dāng)測(cè)向站數(shù)超過(guò)兩個(gè)時(shí)，需要利用最小二乘法獲取輻射源位置的最優(yōu)解。[3]設(shè)輻射源近似二維直角坐標(biāo)為(xm0，ym0)。對(duì)(1)式進(jìn)行線性化得：
在1、2、3位置連續(xù)對(duì)信號(hào)源進(jìn)行測(cè)向時(shí)，如相鄰兩點(diǎn)連線恰好在信號(hào)傳輸方向上，此時(shí)無(wú)法利用交會(huì)原理進(jìn)行定位，應(yīng)舍去其中一點(diǎn)。
輻射源的定位可以采用單天線模式，也可以采用多天線模式。前者在最少兩個(gè)不同的位置進(jìn)行測(cè)向后定位，設(shè)備比較簡(jiǎn)單。后一種方法采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的天線同時(shí)測(cè)向，這種方式需要將各天線觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理終端，因此需要數(shù)據(jù)鏈支持，設(shè)備造價(jià)高，但這種定位方式定位速度快。
總結(jié)：輻射源定位在日常生活以及軍事領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，北斗導(dǎo)航技術(shù)作為中國(guó)自主研發(fā)的導(dǎo)航定位與通信系統(tǒng)，在人們的日常生活中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。本文首先利用北斗系統(tǒng)的定位功能，實(shí)現(xiàn)測(cè)向天線的定位和定向。然后結(jié)合壓縮感知理論，利用較少觀測(cè)值，采用空間后方交會(huì)原理，準(zhǔn)確快速的獲取輻射源的二維坐標(biāo)值。最后由北斗導(dǎo)航，快速找到輻射源。研究結(jié)論具有一定的理論研究和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 王磊，張洪順.無(wú)線電監(jiān)測(cè)與測(cè)向定位[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011：128-136.
[2] 宮玉芳，蔣占軍，李新穎， 楊桂芹.基于壓縮感知的輻射源DOA估計(jì)方法研究.自動(dòng)化與儀器儀表[J]2014：11(11)
[3] 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院測(cè)量平差學(xué)科組.誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003：102-125.
通信科技論文發(fā)表期刊推薦：《廣西通信技術(shù)》（季刊）創(chuàng)刊于1981年，由廣西通信學(xué)會(huì)；廣西郵電科技情報(bào)中心站主辦。是公開發(fā)行的技術(shù)性刊物，面向全國(guó)通信行業(yè)發(fā)行，其宗旨是貫徹“經(jīng)濟(jì)建設(shè)必須依靠科學(xué)技術(shù)，科學(xué)技術(shù)工作必須面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)”的科技方針，立足廣西通信事業(yè)現(xiàn)狀，瞄準(zhǔn)通信發(fā)展趨向，積極開展通信科技的研討，加強(qiáng)通信理論及新技術(shù)、新業(yè)務(wù)的交流，為廣西通信工程技術(shù)人員提供國(guó)內(nèi)外科技、通信建設(shè)及發(fā)展等信息，促進(jìn)廣西通信科技事業(yè)的繁榮與發(fā)展，更好地為通信現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。
