1.一种近场信源定位方法,其特征在于,所述方法包括:S10,基于用于接收信号的接收阵列和具有干扰信号的信源,创建接收信号模型;
S20,基于近场环境中的波达方向DOA、所述接收信号模型,创建仅包含DOA信息的四阶积累量矩阵;
S30,对所述四阶积累量矩阵进行特征值分解,得到强信号子空间;
S40,将所述强信号子空间纳入噪声子空间中,构成第一扩展噪声子空间;
S50,利用MUSIC算法和所述第一扩展噪声子空间,确定表征弱信号源的DOA;
S60,创建接收信号的协方差矩阵;
S70,对所述协方差矩阵进行特征值分解并扩充噪声子空间,构造得到二维空间谱;
S80,将所述弱信号源的DOA输入所述二维空间谱中进行一维搜索,得到所述弱信号源的定位信息,所述定位信息包括所述弱信号源的距离。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S10包括:获取环境中接收阵列的总天线个数和信源的总数量,接收阵列的总天线个数表示为2M+1,且所述接收阵列的天线呈均匀线性分布,用于接收窄带近场信号,信源的总数量表示为P+J,其中,M为大于等于0的整数,P为弱信号源的个数,J为干扰信号源个数,第m个天线的输出信号xm(t)表示为:其中,sk(t)指第k个窄带近场信号源,t指时刻,e指自然常数,j指虚数单位,τmk代表第m个天线上第k个信号相对于参考阵元的时延,nm(t)表示加性高斯噪声,定义rm为信源到第m个天线的距离,rk为信源到参考阵元的距离,则基于余弦定理有:式中,rk表示信源到参考阵元的距离,d指天线间距,θk表示第k个信号对应的DOA,近场信源的传输模型为球面波,时延τmk表示为:式中,λ表示信源的波长,将rm带入τmk中,得:将公式(4)进行二阶泰勒展开,τmk转换为:2
τmk≈wkm+φkm(5)
其中:
基于输出信号xm(t)和所述二阶泰勒展开得到的τmk,创建接收信号模型,并表示为矩阵形式:x(t)=A(θ,r)s(t)+n(t) (8)其中:
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤S20包括:定义四阶积累量为:
*
其中,ym(t)、 yp(t)、yq (t)分别表示第m、n、p、q个天线的输出信号;*表示共轭,表示第k个窄带近场信号源sk(t)的四阶积累量,有:式中,m,n,p,q∈[‑M,M],m‑n和p‑q位于[‑2N,2N]中,令m=‑n和p=‑q,基于所述接收信号模型,四阶积累量对应的公式(10)转换为:基于公式(12),通过选择指定元素创建四阶积累量矩阵,所述累积量矩阵的指定元素由下式给出:所述四阶积累量矩阵C1由下式表示:
所述四阶积累量矩阵去除了距离信息,只包含信号的DOA信息,式中,H表示矩阵共轭转置,A1(θ)和CS公式如下:A1(θ)=[a1(θ1),…,a1(θk),…,a1(θP+J)] (15)式中,
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤S30包括:对所述四阶积累量矩阵进行特征值分解:
式中,λi为特征值,且λ1≥...≥λJ≥λJ+1≥...λJ+P≥λ2M+1,ei为λi对应的特征矢量,总的信号的子空间表示为EJS=span(e1,...,eJ,eJ+1,…,eJ+P),其中,特征向量(e1,...,eJ)是由强干扰信号确定,(eJ+1,...eJ+P)是由弱信号确定,所述总的信号的子空间包括强信号子空间。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤S40包括:将强信号子空间纳入噪声子空间中,由2M+1‑P‑J个特征值对应的特征矢量组成噪声子空间EN=span(eJ+P+1,...,e2M+1),并构造第一扩展噪声子空间为:EJN=span(e1,...,eJ,eJ+P+1,...,e2M+1) (18)对信号的导向矢量作以下变换:
其中,b(θ)指变换后导向矢量,I指单位矩阵,a1(θ)指导向矢量, 为矩阵EJ的共轭转置,EJ=span(e1,...,eJ),强信号子空间与噪声子空间正交 记θi为弱信号角度,得到:其中,经变换后信号的导向矢量和第一扩展噪声子空间正交。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤S50包括:通过如下公式,确定弱信号源的DOA:
式中,PMUSIC‑JN(θ)为基于θ的空间谱,θ为弱信号源的DOA。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤S60包括:构造接收信号的协方差矩阵Rx:
H H 2
Rx=E[x(t)x(t)]=ARsA+σI (22)2
A指阵列流型矩阵,Rs表示信号的协方差矩阵,σ为噪声功率。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤S70包括:对接收信号的协方差矩阵进行特征值分解,并扩充噪声子空间,构造一个二维空间谱如下:其中,UJN为第二扩展噪声子空间,d(θ,r)为变换后信号的导向矢量。
9.一种近场信源定位系统,其特征在于,所述近场信源定位系统包括相互耦合的处理器及存储器,所述存储器内存储计算机程序,当所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述近场信源定位系统执行如权利要求1‑8中任一项所述的方法。