一種基于無線電信號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無線電信號路 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。但是由于建筑物或障礙的遮擋常常會發生反射、折射等現象，相當 于一個定向天線，具有較大的前向增益，增強了信號強度，增加了抗干擾能力，而且電磁波 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，本發明提供了基于無線電信號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，只需要接收GPS數據和對應的功率值;對接收的GPS數據和對 應的功率值進行處理，從而確定信號源的位置，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] 為了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] -種基于無線電信號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] 數據分類步驟:根據定向天線的發射特性，采用模式識別分類算法將功率值進行 分類；
[0013] 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;
[0014] 數據處理步驟:建立數學模型/(G/a〇 =之|(/?;/ -萬卜對分類后的 i=i 數據進行運算，其中j是類別編號，i是j類數據中的第i個路測點的數據，Rc^ = kl〇g (deltas)，k是經驗參數，取值是28-55，c^是j類中假定的信號源與第i個路測點之間的距 離，即J,7 =v/(.v-A-,):+(.r-.v,)\ (是第j類中n個Rd的均值；將全部的h求和；即 0 = ^義；其中M表示數據的類別數;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D = f(Gps)取得極值或者最值；
[0015] 獲取信號源估計位置步驟:根據數學模型D = f(Gps)，對D采用最優化算法，在區域 Re內計算D = f(Gps)的極值或者最值Dm;在此過程可能得到M(M>0)個位置Gpsm使得D = f (Gps)取得極值點Dm，在這些極值或最值中，使得D = f (Gps)取得極值或者最值的某個Gpsm是 信號源的位置；
[0016]信源定位步驟：以使得D = f (Gps)取得極值或者最值的位置Gpsm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，該位置是信號 源的最優位置。
[0017] 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：
[0018] 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 du，其中i是參考點的編號，1為其他位置點的編號；
[0019] b、按照公式計算出如，其中5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；
[0020] c、按照公式A =；￡內，求解密度，其中N是信號采集點的數量； 1=1
[0021] 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t，當 Pl<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。
[0022]分類算法:分類算法通過對已知類別訓練集的分析，從中發現分類規則，以此預測 新數據的類別。主要分類方法介紹解決分類問題的方法很多，單一的分類方法主要包括:決 策樹、貝葉斯、人工神經網絡、K-近鄰、支持向量機和基于關聯規則的分類等;另外還有用于 組合單一分類方法的集成學習算法，如Bagging和Boosting等。
[0023] 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、Hess ian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。
[0024] 與現有技術相比，本發明所帶來的有益的技術效果表現在：
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 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】
[0028] 圖1為定向發射天線信號接收強度圖；
[0029]圖2為本發明定位效果圖。
【具體實施方式】 [0030] 實施例1
[0031] 作為本發明一較佳實施例，本實施例公開了：
[0032] -種基于無線電信號路測功率值的信源定位方法，其步驟如下：
[0033]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；
[0034] 數據分類步驟:根據定向天線的發射特性，采用K-近鄰聚類算法將功率值進行分 類；
[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1~3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D = /(Gp) =坌|(乂 -甸-(化.- iQ|，對分類后的 i=l 數據進行運算，其中j是類別編號，i是j類數據中的第i個路測點的數據，Rc^ = kl〇g(cU)，k 是經驗參數，取值是28-55，(1^是」類中假定的信號源與第i個路測點之間的距離，即 dl} =>/(x-x!)2 +(y-yif，f是第j類中n個Rcji的均值;將全部的Dj求和；即D = ; ；=i 其中M表示數據的類別數;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D = f(Gps)取得極值或者最值；
[0037]獲取信號源位置的步驟:根據數學模型D = f(Gps)，