基于分布式电磁矢量传感器阵列的混合信源定位方法研究

Compared with scalar sensor array, distributed electromagnetic vector sensor array has stronger detection capability, system resolution capability, anti-interference capability and polarization multiple access capability because it can both obtain the spatial information and polarization information of the signal as well as its geometric structure. While the existing localization algorithms based on electromagnetic vector sensor array is relatively few, and these algorithms confront following problems: low localization accuracy, low processing speed, high complexity of the system and so on. Therefore, the project intends to study high-accuracy source localization algorithms for mixed far-near signal sources, robust localization algorithms under more complex situations of mixed far-near signal sources along multipath transmission, array errors exist, and low complexity mixed signal source localization algorithms by introducing distributed compressive sensing, level crossing sampling, tensor analysis and convex optimization theories. For distributed electromagnetic vector sensor array, studying high performance and low computational complexity mixed source localization algorithm has important theoretical significance and practical value.

与标量传感器阵列相比，分布式电磁矢量传感器阵列因可以同时获得信号的空间到达信息和极化信息、及其空间几何结构，而具有更强的检测能力、系统分辨能力、抗干扰能力和极化多址能力。目前基于电磁矢量传感器阵列的混合源定位方法研究相对较少，且现有的混合源定位方法存在定位精度低、处理速度慢及系统复杂度高等问题。为此，本项目通过引入分布式压缩感知、过水平采样、张量分析及凸优化等理论，针对分布式电磁矢量传感器阵列进行研究远近场混合情况下的高精度信源定位方法，远近场混合源沿多径传输、阵列存在误差实际复杂情况下的稳健混合信源定位方法，及实际复杂环境下的低复杂度混合信源定位方法。针对分布式电磁矢量传感器阵列，研究性能高且复杂度低的混合信源定位估计算法具有重要的理论意义和实用价值。

本项目计划利用压缩感知理论研究基于电磁矢量传感器阵列的混合信源定位方法，重点研究阵列系统设计、高维信号处理方法和高精度定位算法等关键问题。依照研究计划，本项目首先（a）将稀疏重建理论与频控阵和极化敏感阵列相结合，提出基于稀疏重建理论的极化敏感频控阵波束形成方法，可获得更高的自由度；（b）提出基于多载波发射和联合稀疏约束理论的稀疏频控阵设计方法，该方法可以节约阵元数、减少阵元间的互藕影响；（c）针对含有空、时、频三维信息的频控阵进行参数设计，提出基于频控阵的特定波束形成方法及实现，并给出该特定波束图的实际测试方案；同时，提出基于遗传算法的频控阵发射阵列方向图去耦合方法，即实现点状空间波束；（d）研究了基于频控阵MIMO新体制阵列雷达的目标距离-方位角联合估计方法，并推导了其理论分辨力和理论分辨率界等性能。另外，研究了OFDM线性调频MIMO雷达用于低视角的自适应目标检测问题及基于频控阵的安全通信问题，为项目后续研究提供了新的研究内容。.本项目充分利用时域、频域、空域和极化域中所包含的电磁波信息进行目标定位，因而该项目研究成果属于基于技术应用的阵列基础理论与方法的拓展与创新。同时将压缩感知的稀疏重建理论应用到极化敏感频控阵，为降低采样率、硬件成本提供了可能。以上为无线电委员会的定点监测、特种通信应用、公共安全和地质灾害中的定位和跟踪问题提供解决的技术方案和技术储备。