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申请/专利权人：电子科技大学长三角研究院(湖州);电子科技大学

摘要：本发明公开了一种单基地对称互质阵MIMO系统及混合场定位方法，属于混合场定位技术领域。本发明的对称互质阵MIMO系统的发射阵列为包括个阵元的均匀线性阵列，阵元间距为接收阵列包括子阵1、子阵2和发射阵列的中心阵元，子阵1和子阵2均为包括M1‑1个阵元的均匀线性阵列，其子阵内的阵元间距为d2＝N1d，且子阵1与子阵2分别位于中心阵元的两侧，其与中心阵元之间的间距均为d3＝M1N1‑1d；且M1与N1互质，N1＞M1≥2，正整数p∈[2,M1]。本发明的对称互质阵MIMO系统具有更大的物理阵列孔径和更高的虚拟阵列自由度，可以有效提高定位的精度，且阵元之间间距较大，可以有效降低阵列之间的互耦作用；本发明的混合场定位方法通过计算其和协阵列的差分阵的虚拟阵列信号，进一步提高了系统的定位性能。

主权项：1.一种混合场定位方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：步骤1：基于单基地对称互质阵MIMO系统布置天线阵列，该单基地对称互质阵MIMO系统包括一个呈线性分布且位于同一直线上的发射阵列和接收阵列；其中，发射阵列为包括个阵元的均匀线性阵列，阵元间距为单位阵元间距d＝λ4，λ为载波波长；接收阵列包括子阵1、子阵2和发射阵列的中心阵元，其中，子阵1和子阵2具有相同的阵列结构，均为包括M1-1个阵元的均匀线性阵列，其子阵内的阵元间距为d2＝N1d，且子阵1与子阵2分别位于中心阵元的两侧，其与中心阵元之间的间距均为d3＝M1N1-1d；其中，正整数M1,N1,满足：M1与N1互质，N1＞M1≥2，正整数p∈[2,M1]；建立线性数轴表示位置坐标，定义中心阵元为原点，得到发射阵列和接收阵列的各阵元的位置坐标，记发射阵列的每个阵元位置索引为ptm，接收阵列的每个阵元位置索引为prn，其中m∈[-M,M]，n∈[-N,N]，N＝M1-1；步骤2，发射阵列向外发射辐射信号，接收阵列对返回的信号进行接收并经匹配滤波得到接收信号xt；接收信号xt表示为：xt＝ANsNt+AFsFt+nt其中，sNt表示近场信号源矢量，sFt表示远场信号源矢量，AN＝ANt⊙ANr表示近场阵列流型矩阵，ANt表示K1个近场目标的近场信号所对应的近场发射阵列的导向矢量构成的维近场发射阵列流型矩阵，ANr表示K1个近场目标的近场信号所对应的近场接收阵列的导向矢量构成的维近场接收阵列流型矩阵，K1表示近场目标数，AF＝AFt⊙AFr表示远场阵列流型矩阵，AFt表示K-K1个远场目标的远场信号所对应的远场发射阵列的导向矢量构成的维远场发射阵列流型矩阵，AFr表示K-K1个远场目标的远场信号所对应的远场接收阵列的导向矢量构成的维远场接收阵列流型矩阵，K表示混合近场和远场的目标数，nt表示噪声矢量；步骤3，求和协阵列并去冗余；基于阵元位置索引ptm和接prn得到和协阵列的阵元位置索引h＝ptm+prn；基于阵元位置索引h，从AF中提取与当前阵元位置索引h对应的项相同的行，对提取出若干行，在AF中仅保留一行，且该行的元素值为提取出的所有行的均值，重复该操作直至AF中不包含与阵元位置索引h对应的重复项，得到去冗余信号并将除冗余后的和协阵列记为hk,k∈[-Qs,Qs]，2Qs+1是除冗余的和协阵列数目；步骤4，基于去冗余信号进行远场DOA估计；基于信号计算其协方差矩阵R并进行特征分解，基于前K个最大特征值所组成的对角矩阵得到信号子空间，基于前2Qs+1-K个最小特征值所组成的对角矩阵得到噪声子空间；基于信号子空间和噪声子空间，采用MUSIC算法进行谱搜索，基于谱峰搜索结果中对应的K-K1个最大的峰值得到远场DOA估计结果；步骤5，分离远近场信号：基于远场DOA估计结果得到远场阵列流型矩阵估计根据公式计算斜投影矩阵：提取出远场分量的近场信号其中，表示2Qs+1阶单位矩阵，表示伪逆算子；步骤6：计算四阶统计量，对向量化后的信号构建空间平滑矩阵：计算的四阶统计量并向量化，生成由和协阵列的差分阵组成的虚拟阵列，对虚拟阵列的接收信号矢量进行空间平滑，再基于空间平滑后的接收信号矢量计算其协防差矩阵，得到平滑矩阵Rss；步骤7，对平滑矩阵Rss进行特征分解，基于前K1个最大特征值所组成的对角矩阵得到信号子空间，基于前2Qs+1-K1个最小特征值所组成的对角矩阵得到噪声子空间；基于信号子空间和噪声子空间，采用MUSIC算法进行谱搜索，基于谱峰搜索结果中对应的K1个最大的峰值得到近场DOA估计结果；步骤8，近场范围估计：计算xt的协方差矩阵R'；对矩阵R'进行特征分解，基于前K1个最大特征值所组成的对角矩阵得到信号子空间，基于前个最小特征值所组成的对角矩阵得到噪声子空间；基于噪声子空间和近场DOA的估计值，采用MUSIC算法进行谱搜索，基于谱峰搜索结果中对应的K1个最大的峰值得到近场的距离估计结果。

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