基于压缩感知的近距离电磁辐射源定位方法

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1、2017年1月北京航空航天大学学报January2017篁!!堂兰!塑：』竺兰兰兰兰竺兰兰竺兰兰兰兰兰垒兰竺兰尘兰兰叁竺竺竺竺竺兰：：：：：；：兰兰竺兰http：ffbhxb．buaa．edu．C11jbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0074基于压缩感知的近距离电磁辐射源定位方法谷晓鹏，谢树果+，郝旭春(北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100083)摘要：提出了一种近距离电磁辐射源定位方法，针对常规多通道阵列系统复杂、硬件成本高、体积大等弊端，提出单天线单通道运动虚拟阵列系统，实现近场定位功能

2、。在此基础上，提出利用辐射源在被测区域空间位置上的稀疏性，采用不驻停运动采样，并结合压缩感知算法，用较少的采样数据重构计算得到辐射源数量与位置。在保证定位精度的前提下减少了采样数据量，并消除了阵元多次采样的时间延迟可能造成的误差影响。经过仿真验证了方法的可行性后，设计了用于实际测试的系统并进行实验，取得了良好的效果。关键词：电磁干扰；故障定位；近场；虚拟阵列；压缩感知中图分类号：TN911．7文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)Ol-0079-07随着电子技术的发展，电子设备的电磁兼容性问题越来越重要⋯。目前电磁兼容性故障定位主要采取改变状态确认

3、和试探等方法口。1，效率低、耗时长，测试的结果不准确，且不能直接对故障位置实施定位H剖。利用天线阵或雷达等辐射源定位设备进行定位精度较高。但这类设备的体积庞大、结构复杂、造价成本高，不适用于近距离电磁干扰定位的狭小空间中¨J。利用小型化设备结合近场定位方法为解决此问题提供了新的思路‘7

4、。本文针对这些问题研究并设计了一套近场辐射源定位系统，使其能够对近场辐射源高效率、高精度定位，同时实现设备的简化，降低设备的体积与成本。1系统模型本文设计的单天线单通道运动合成虚拟阵元的近场定位系统分为2个部分：信号接收控制分系统和接收信号处理分系统。系统的工作原理如下：本系统将单

5、一的接收天线连接至单通道接收机上，信号接收控制分系统通过控制天线运动，形成虚拟直线阵列，进而接收空间中的电磁信号伸1。同时该系统通过控制单通道接收机的采样频率以及采样时间间隔等参数，结合天线运动产生的空间接收模型，实现了对辐射源信号的采样；接受信号处理分系统将采样的信息代入到相关定位算法中，最终实现对近场辐射源信号的定位。单天线单通道近场定位系统结构如图1所示。假设天线在一条直线轨道上运动，当运动距离到达d后天线停下进行K次采样，该采样点记为阵列天线的等效阵元位置，如图1中黑点所示。天线沿该直线运动形成肘个等效阵元，称虚拟阵列阵元数为肘。该阵列对近场单频连续波信号

6、源s。(t)进行接收，信号源的频率为厶，波长为A。，信号源与参考阵元1的法向夹角为0，并且到参考收稿日期：2016．01-21；录用日期：2016_03-11；网络出版时间：2016_06-2909：05网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160629．0905．001．html基金项目：国家自然科学基金(61271045，61427803)}通讯作者：E-mail：sgx888@163．com引用格式：谷晓鹏，谢树果，郝旭春．基于压缩感知的近距离电磁辐射源定位方法Ⅳ]．北京航空航天大学学报，2017，43(J)

7、：79．85·GUXP，XIESG，HAOXC·LocationmethodofneardistanceelectromagneticradiationsourcebasedoncompressiyesensinglI]JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017．43(1)：79．85(inChinese)．图1单天线单通道近场定位系统Fig．ISingleantennaandsinglechannelnear—fieldlocationsystem阵元1的距离为r。天线通过单一通道接收信

8、号，后再将信号进行处理进而实现信号源定位。在信号源定位的理论分析中，通常假设信源发射的信号是窄带信号，由本节可知，单天线运动至每一个等效阵元时均会进行K次采样，设每次采样间隔为t。，天线从一个阵元运动至另一阵元的时间为t。，两阵元间距为d，天线的运动速度为d／to。不同于实际阵列的远场定位，由于是单天线单通道运动虚拟阵列，且近场信号的到达波前为球面波，所以不同快拍，不同阵元接收到的信号之间的时间延迟不一样，这也就意味着相位延迟不为固定值。本文认为该延迟由3种因素造成∽1：采样时间因素、运动时间因素和阵元距离因素。将运动合成虚拟直线阵列接收的输入信号写为矢量形式如下

9、，天线运动