一种基于重要性采样的离网格直接定位方法

本发明涉及无源定位领域，特别涉及一种联合信号到达时延、多普勒频移的重要性采样离网格之际定位方法。

背景技术：

1、无源定位技术是现代信号处理领域的一个重要研究方向，在各方面都有广泛的应用。无源定位技术利用截获的非合作信号进行信源位置估计，无需向外辐射信号，具有隐蔽性好、安全性高、能源消耗少的优势。同时，无源定位系统的原理和设计相对简单，便于在实际场景中大规模实施。

2、传统的无源定位方法主要有tdoa(time difference of arrival)、fdoa(frequency difference of arrival)、rss(received signal strength)、aoa(angle ofarrival)等。这些方法大多分为两个步骤：首先，测量与信源位置相关的中间参数，得到信源位置的初步信息；然后，对这些中间参数进行数据处理，求解出信源的位置。然而，传统两步定位法的定位精度极大程度上受参数估计精度的影响，其位置解算与参数估计分离，不能有效利用不同接收站接收信号间的关联性，带来了信息量损失、定位参数关联困难、系统灵敏度需求高等问题。尤其在针对低信噪比条件下，两步定位技术的定位精度较低，甚至无法定位。

3、近年来，直接定位(direct position determination，dpd)作为一种新兴的无源定位方法崭露头角，最早由weiss在2004年提出。直接定位方法无需估计中间参数，直接对接收站截获的原始信号进行处理，通过构建代价函数的形式，提取出辐射源信号携带的位置特征，利用二维遍历搜索的方式在感兴趣的空间区域中估计出辐射源的位置。dpd方法避免了中间参数估计精度带来的位置估计误差传播和定位参数关联困难的问题，故定位精度较高。

4、直接定位方法计算过程中需在搜索区域内建立二维搜索网格，计算网格点处代价函数的值，之后寻找区域代价函数最优值作为辐射源的估计位置。网格大小将影响直接定位方法的计算量和复杂度，网格设置过大将可能导致辐射源不在网格点处，设置过小则会使增加直接定位方法的计算量。针对网格点覆盖范围有限的问题，本发明将重要性采样(important sampling，is)方法引入到直接定位中，用随机数抽样来解决参数估计问题，以实现对离网格辐射源位置的估计。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：

2、为了解决直接定位中辐射源离网格的问题，本发明提出了一种基于重要性采样的离网格直接定位方法。

3、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

4、一种基于重要性采样的离网格直接定位方法，其特征在于，包括：

5、建立包含到达时延、多普勒频移的目标源信号数据的复基带接收模型，基于所述复基带接收模型采集目标源信号；

6、根据所述目标源信号建立关于辐射源位置的极大似然函数，基于所述极大似然函数得到代价函数；

7、基于所述代价函数构建离散形式的归一化重要性函数；

8、根据所述归一化重要性函数生成搜索区域内重要性采样样本，计算所述重要性采样样本的样本权值；

9、根据所述样本权值计算样本的加权均值，将所述样本的加权均值作为辐射源位置的估值结果。

10、本发明进一步的技术方案：所述包含到达时延、多普勒频移的目标源信号数据的复基带接收模型，具体为：

11、

12、其中，t是观测时间间隔，s(t)是在截获间隔期间接收到的信号，bl是未知的复路径衰减，l＝1,...,l，τl是信号的时延，wl(t)是零均值的加性复高斯白噪声，fl是观测站测量到的频率。

13、本发明进一步的技术方案：所述基于所述代价函数构建离散形式的归一化重要性函数，具体为：

14、

15、其中，c3(p)为代价函数，ρ1为常数，m和n分别为x轴方向和y轴方向上搜索区域划分的总点数。

16、本发明进一步的技术方案：所述根据所述归一化重要性函数生成搜索区域内重要性采样样本，计算所述重要性采样样本的样本权值，具体为：

17、

18、其中，w(x(k))为加权因子，为狄克拉函数，p为样本，k为第k个采样点。

19、本发明进一步的技术方案：所述根据所述样本权值计算样本的加权均值，具体为：

20、

21、其中，w1(x(k))为w(x(k))的归一化，xi为向量x中的第i个变量，为xi的估计值，k为样本数，

22、一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。

23、一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。

24、一种计算机程序产品，其特征在于包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。

25、本发明的有益效果在于：

26、本发明提供的一种基于重要性采样的离网格直接定位方法，通过建立辐射源位置的概率模型，利用is算法对概率模型抽样，对样本进行统计得到位置的估计值，可以突破采样固定网格参数的限制，具有较高的估计精度，且计算复杂度适中。

27、本发明针对直接定位中辐射源离网格的问题，利用重要性采样方法对隐含辐射源位置信息的接收信号的极大似然函数进行随机抽样，通过一个相对简单的分布函数的随机加权平均来近似计算目标分布函数的数学期望。

28、本发明通过建立信号的接收模型，计算接收信号关于辐射源位置的概率分布，确定归一化重要性函数，并按照重要性函数分布生成搜索区域内重要性采样样本，计算每个样本的权重，并计算样本的加权均值，认为该值为辐射源位置的估值结果。相比传统固定网格参数的直接定位方法，本方法可以突破采样固定网格参数的限制，提高定位精度。

技术特征：

1.一种基于重要性采样的离网格直接定位方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种基于重要性采样的离网格直接定位方法，其特征在于，所述包含到达时延、多普勒频移的目标源信号数据的复基带接收模型，具体为：

3.根据权利要求2所述一种基于重要性采样的离网格直接定位方法，其特征在于，所述基于所述代价函数构建离散形式的归一化重要性函数，具体为：

4.根据权利要求3所述一种基于重要性采样的离网格直接定位方法，其特征在于，所述根据所述归一化重要性函数生成搜索区域内重要性采样样本，计算所述重要性采样样本的样本权值，具体为：

5.根据权利要求4所述一种基于重要性采样的离网格直接定位方法，其特征在于，所述根据所述样本权值计算样本的加权均值，具体为：

6.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1-5任一项所述的方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1-5任一项所述的方法。

8.一种计算机程序产品，其特征在于包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1-5任一项所述的方法。

技术总结本发明涉及一种基于重要性采样的离网格直接定位方法，属于无源定位领域。包括：建立包含到达时延、多普勒频移的目标源信号数据的复基带接收模型，基于所述复基带接收模型采集目标源信号；根据所述目标源信号建立关于辐射源位置的极大似然函数，基于所述极大似然函数得到代价函数；基于所述代价函数构建离散形式的归一化重要性函数；根据所述归一化重要性函数生成搜索区域内重要性采样样本，计算所述重要性采样样本的样本权值；根据所述样本权值计算样本的加权均值，将所述样本的加权均值作为辐射源位置的估值结果。本发明方法相比于直接定位方法，突破采样固定网格参数的限制，提高了定位精度。技术研发人员：谢坚,何雯姿,王伶,范一飞,刘向阳,陶明亮,粟嘉受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25