一種基于路測功率值的信源定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線電信號源定位技術領域，更具體地說涉及一種基于路測功率值的 信源定位方法。
【背景技術】
[0002] 在無線電領域中，一個重要的研究方向就是對無線電信號源的定位問題。在已經 發展出來的無線電信號源定位方法中，主要的信號源定位方法是：尋找出在測試位置點出 的，接收到指定頻率的信號的最大值得方向，并且朝著該方向運動；經過不斷的測向和運 動，找到信號源的位置。由于城市中高樓林立，電磁波不能按照理想的直線傳播，所以按照 測向的辦法進行定位的方法比較復雜。
[0003] 傳統的在城市中尋找無線電信號源大致有兩種方法：
[0004] 第一：依靠架設在城市中較高位置的固定監測站，對待查的無線電信號進行測向， 然后交繪定位，從而得到無線電信號源的大體位置；然后如果可以和監測站的臺站數據庫 里的臺站信息吻合，則可以判斷該合法電臺的地理位置；如果臺站數據庫內沒有相應信息， 則該電臺是一個非法電臺，需要派無線電工作人員到測得的大體位置，依靠測向天線尋找 信號源的位置。
[0005] 第二：利用車載無線電監測設備，找到存在信號源信號的地理范圍內的多個制高 點進行測向，交繪定位，得到信號源的大體位置。然后奔向測得的大體位置，再測向，再調 整行車路線，最后找到信號源的位置；必要時候下車，利用手持式測向設備尋找信號源的位 置。
[0006] 國家知識產權局于2012年06月27日，公開了一件公開號為CN102520393A，名稱 為"信源定位方法"的發明專利，該發明專利包括步驟：獲得各接收天線接收信源發送的信 號時的接收信號功率值；針對每個接收天線，分別根據獲得的各接收信號功率值，確定所述 信源的橫向坐標為該接收天線的橫向坐標時的概率值；根據確定出的各概率值，確定該信 源的橫向坐標。采用本發明技術方案，能夠解決現有技術中計算復雜度較高，穩定性較差， 誤差較大以及系統成本較高的問題。
[0007] 由于城市中高樓林立，電磁波不能按照理想的直線傳播，所以按照測向的辦法進 行定位的方法比較復雜。查找時間較長、信號源查找效率較低，不能準確定位。
【發明內容】
[0008] 為克服現有技術中的不足，本發明提供了一種基于路測功率值的信源定位方法， 本發明的發明目的是提供一種快速定位信號源位置，節省信號源的查找時間，提高信號源 定位準確性的信源定位方法，本發明的信源定位方法通過采集不同地理位置的信號源的功 率數據，并根據收集到的數據進行處理，最終確定信號源的位置，可以大大縮短查找信號源 位置的時間，提高信號源查找效率，節省人力物力。
[0009] 為解決上述現有技術中的不足，本發明是通過下述技術方案實現的：
[0010] -種基于路測功率值的信源定位方法，其特征在于：其步驟如下：
[0011] 數據采集步驟：通過無線電接收設備和GPS數據采集設備獲得在設定路徑上的原 始數據，所述原始路測數據包括路測GPS位置信息數據和對應的功率值；
[0012] 設定信號源的搜索區域Re :以數據采集的路徑為基礎，向外拓展1~3倍面積的 相應區域作為信號源的搜索區域Re ;
[0013] 數據處理步驟：建立數學模型Delta = f (Gps):其中Gps表示信號源的預測位置； 該模型滿足在信號源位置所處鄰域內，可以找到一個位置Gps使得Delta = f (Gps)取得極 值或者最值；
[0014] 獲取信號源位置的步驟：根據數學模型Delta = f (Gps)，對Delta采用最優化算 法，在區域Re內計算Delta = f (Gps)的極值或者最值Deltam;在此過程可能得到M(M>0) 個位置Gpsm使得Delta = f (Gps)取得極值點Delta m，在這些極值或最值中，使得Delta = f (Gps)取得極值或者最值的某個Gpsni是信號源的位置；
[0015] 多個可能的信號源的位置的篩選步驟：以使得Delta = f (Gps)取得極值或者最值 的位置Gpsni為基礎，反推每個數據采集點的電波傳播模型；當電波傳播模型的參數方差值 最小時，該位置Gps ni便是信號源的最優位置。
[0016] 還包括數據篩選步驟，所述數據篩選步驟設置在數據采集步驟之后，數據處理步 驟之前；所述數據篩選步驟具體是指：
[0017] a、以一個數據采集的GPS位置點為參考點，計算它到其他數據采集位置點的距離 d,，其中i是參考點的編號，j為其他位置點的編號；
[0018] b、按照公式
^十算出P ,，其中S是描述以參考點為中心，半 徑為S的圓內包含的其他GPS位置信息數據；
[0019] c、按照公式
，求解密度，其中N是信號采集點的數量；
[0020] d、重復a-c步驟，將i從1計算到n，將所有點的密度計算出來，并觀察部分數據與 其他數據之間有無明顯界限，如果有明顯界限，確定一個閾值1當P't，這個位置點濾除， 反之，則保留這個位置點；如果沒有明顯界限，則可增大S，重復上述步驟。
[0021] 所述數據處理步驟中建立數學模型Delta = f (Gps)具體是指：預估所 測信號的電波傳播模型和信號源的發射功率，根據電波傳播模型建立數學模型，
:其中R1是在i位置點采集到的路測功率值；是以假定的信 號源位置為標準，R"= P s_LPl，匕是信號源的發射功率，Lp 1是電波傳播模型計算出來的電 波損耗，N是信號采集點的個數。
[0022] 所述電波傳播模型表示無線電信號通過不同地形地貌以后，在接收位置上能量衰 減值，所述電波傳播模型可以表示為：Lp = k log d+b，其中Lp是無線電信號的衰減值，d 是信號源到測量點的距離，k、b是兩個常數，與信號源的發射天線的高度、接收天線的高度 以及傳播途徑中的地形復雜度有關。
[0023] 所述數據處理步驟中建立數學模型Delta = f (Gps)具體是指：建立數學模 CN 105158731 A IX m "ti 3/7 頁
，k是一個經驗參 數，取值是28~55,山是預測的信號源的位置Gps與第i個信號采集點的距離，即
[0024] 最優化的算法：為了達到最優化目的所提出的各種求解方法。從數學意義上說，最 優化方法是一種求極值的方法，即在一組約束為等式或不等式的條件下，使系統的目標函 數達到極值，即最大值或最小值。經典的最優化算法有梯度、Hessian矩陣、拉格朗日乘數、 單純形法、梯度下降法等；而對于更復雜的問題，則可考慮用一些智能優化算法，例如遺傳 算法、蟻群算法、模擬退火、禁忌搜索、粒子群算法等。
[0025] 與現有技術相比，本發明所帶來的有益的技術效果表現在：
[0026] 1、本發明的信源定位方法不需要對信號源進行測向定位，不會受到信號傳輸過程 中遇到的反射折射的影響；本發明的技術方案，是測向式信號源定位方法的一種補充。當測 向式信號源定位方法存在一定誤差的城市地理環境中，可以采用本發明的技術方案，彌補 測向定位方法的不足，通過數學運算的方法，提供一個信號源可能的參考位置，幫助無線電 工作人員花費更少的時間找出信號源的位置。
[0027] 2、只需要GPS位置信息數據和對應的功率值，現有設備可以很容易做到接收功率 和GPS數據的采集，數據獲取容易。
[0028] 3、除了一臺電腦、平板或者智能手機等智能設備，不要添加任何別的硬件，成本低 廉。
【附圖說明】
[0029] 圖1，采集的101. 7MHz調頻廣播的信號強度圖
[0030] 圖2,采集的101. 7MHz調頻廣播信號的信號源定位圖，該圖中隨機選取了四個不 同的假設點為起點來定位信號源的位置。
【具體實施方式】
[0031] 實施例1
[0032] 作為本發明一較佳實施例，本實施例公開了：
[0033] -種基于路測功率值的信源定位方法，其步驟如下：
[0034] 數據采集：通過帶GPS的監測接收設備采集所述路徑上的原始路測數據，所述原 始路測數據包括路測GPS位置信息數據和對應的功率值；實時計算信號源的位置；
[0035] 設定信號源的搜索區域Re :以數據采集的路徑為基礎，向外拓展1倍面積的相應 區域作為信號源的搜索區域Re ;
[0036] 數據處理步驟：建立數學模型Delta = f (Gps);計算信號源的真實位置和預測位 置的誤差，其中Gps表示信號源的預測位置；在信號源位置所處鄰域內，可以找到一個點 Gps使得Delta = f (Gps)取得極值或者最值；
[0037] 如果可以預估所測信號的電波傳播模型和信號源的發射功率，可以根據電波傳播 CN 105158731 A m ~P 4/7 頁 模型建立函數：
；其中R1是在i位置點采集到的路測功率值； R"是以假定的信號源位置為標準，R "= P s-LPl，匕是信號源的發射功率，Lp i是電波傳播模 型計算出來的電波損耗，N是信號采集點的個數；
[0038] 電波傳播模型描述了無線電信號通過不同的地形地貌以后，在接受位置上能量衰 減值，它可以表示為：Lp = k log d+b，其中Lp是無線電信號的衰減值，d是信號源到測量 點的距離，k，b是兩個常數，與信號源的發射天線的高度，接受天線的高度以及傳播途徑中 的地形復雜度有關；
[0039] 獲取極值或最值步驟：根據數據處理步驟中建立的數學模型Delta = f (Gps)，隨 機選取不同點作為起點，對Delta采用梯度下降算法計算極值；得到M個位置Gpsni使得 Delta = f (Gps)取得極值 Deltam;
[0040] 多個可能的信號源的位置的篩選步驟：以Gpsni為參考，推算每個信號采集點的電 波傳播模型的參數，并用該參數判斷信號源的位置的合理性；
[0041] 通過計算，得到M個Delta = f (Gps)的極值和最值，將每一個取得極值或者最值 的位置Gpsni代入以下公式運算：
[0042] 通過公式
1 十算每一個位置X的k參數，其中，4是可能的 信號源的位置X相對于第i信號采集點的的電波傳播模型的k參數，R1是第i個信號采集 點的信號接收功率，f是所有點的接收功率的均值，山是X和第i個信號采集點的距離，N 是信號采集點的個數；
[0043] 接下來算出ki~kn，再計算ki~kn的方差S n;
[0044] 最后，取出Si~Sm中的最小值S _= min (S1,...