基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，經(jīng)過以下步驟：定位接收機(jī)(PR，Positioning?Receiver)捕獲無線目標(biāo)(WT，Wireless?Target)發(fā)出的信號(hào)、進(jìn)行濾波變換處理，獲得目標(biāo)的硬件特性，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)存的硬件特性數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，確認(rèn)目標(biāo)的身份；各定位接收機(jī)將接收信號(hào)的時(shí)間、角度等相關(guān)信息發(fā)送給后臺(tái)的定位數(shù)據(jù)處理器，定位數(shù)據(jù)處理器利用TDOA、AOA等定位算法計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)的位置信息。本發(fā)明能夠從探測(cè)到的無線信號(hào)中獲得無線目標(biāo)的硬件特性身份信息，解決被動(dòng)定位中的身份確定問題，從而進(jìn)一步對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。
【專利說明】基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定位方法，具體涉及一種基于硬件特性的對(duì)無線目標(biāo)進(jìn)行被動(dòng)定位的定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在軍事偵察與民用監(jiān)測(cè)中，都依賴于被動(dòng)定位技術(shù)獲取目標(biāo)位置信息。但是，被動(dòng)定位卻遇到了兩大難題，一是如何從捕獲的信號(hào)中確定信號(hào)的來源，稱之為身份確定問題；二是如何將同一種定位方法應(yīng)用于不同的通信環(huán)境，稱之為通用性問題。
[0003]在身份確定方面，由于終端與定位接收機(jī)之間沒有直接的交互，因而對(duì)于無線目標(biāo)身份的確定存在很大的難度。對(duì)于手機(jī)終端這類的無線目標(biāo)，3G、4G中基站與終端之間的身份信息是經(jīng)過加密的，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解密提取身份信息是極其困難的，所以無法確定信號(hào)來自哪一個(gè)終端。
[0004]在通用性方面，由于在2G、3G、4G或其他一些不同的通行環(huán)境下，信號(hào)的調(diào)制方式、配置方式是不同的，能夠解調(diào)一種通信環(huán)境下的信號(hào)的定位接收機(jī)就不能處理另一種通信環(huán)境下的信號(hào)，應(yīng)用于一種通信環(huán)境下的接收機(jī)在軟硬件上要做出很大的調(diào)整才能運(yùn)用于另一種通信環(huán)境，所以不具有通用性。
[0005]因此需要一種對(duì)捕獲的信號(hào)做適當(dāng)處理后，便能準(zhǔn)確得到無線目標(biāo)位置信息的技術(shù)。該技術(shù)具有普遍的適用性，它不需要針對(duì)不同的通信系統(tǒng)在硬件上做出大量的調(diào)整。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠在包括2G、3G、4G等各種不同的無線通信環(huán)境下，基于硬件特性的對(duì)無線目標(biāo)進(jìn)行被動(dòng)定位的定位方法。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，包括以下步驟:
[0008](I)選定定位接收機(jī)的位置，并把定位接收機(jī)的位置存入定位數(shù)據(jù)處理器，定位數(shù)據(jù)處理器中保存無線目標(biāo)的硬件特性數(shù)據(jù)庫(kù)，定位數(shù)據(jù)處理器把無線目標(biāo)的硬件特性發(fā)送給各個(gè)需要定位此目標(biāo)的定位接收機(jī)，每個(gè)定位接收機(jī)中還保存其自身的硬件特性，定位開始之如，完成同步工作；
[0009](2)每個(gè)定位接收機(jī)對(duì)其接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波變換處理獲得目標(biāo)硬件特性變換，再對(duì)其做特征提??；
[0010](3)每個(gè)定位接收機(jī)均對(duì)提取的特征與數(shù)據(jù)庫(kù)的相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別與匹配，獲得發(fā)出該信號(hào)的目標(biāo)身份；
[0011](4)每個(gè)定位接收機(jī)對(duì)匹配成功的信號(hào)，將相應(yīng)的硬件特性、時(shí)間戳、信號(hào)角度信息發(fā)送給定位數(shù)據(jù)處理器；
[0012](5)定位數(shù)據(jù)處理器根據(jù)接收的信息，利用定位算法求出無線目標(biāo)的位置信息。
[0013]無線目標(biāo)發(fā)送的射頻信號(hào)中，不僅承載著無線目標(biāo)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，而且承載著該無線目標(biāo)的硬件信息，因此可以將上述硬件特性定義為攜帶無線目標(biāo)硬件信息的無線信號(hào)的變換結(jié)果；這種變換結(jié)果能夠體現(xiàn)無線目標(biāo)的硬件信息并具備可比性。
[0014]進(jìn)一步的，所述硬件信息的物質(zhì)基礎(chǔ)是指無線目標(biāo)的內(nèi)部元件存在容差，內(nèi)部元件包括有電子元件、印制電路板走線、集成電路內(nèi)部元件與走線以及天線等無線目標(biāo)發(fā)射機(jī)所有構(gòu)成部分；電子元件容差包括制造容差和漂移容差，制造容差是元件制造過程中，由于生產(chǎn)精度不可能無限小，電子元件出廠時(shí)的實(shí)際值與標(biāo)稱值存在的差值，漂移容差是由于老化、溫度、濕度、裝配、壓力、陽光、灰塵等因素導(dǎo)致的設(shè)備工作過程中元件值的變化。
[0015]上述的無線目標(biāo)的容差效應(yīng)導(dǎo)致即使是同一型號(hào)同一系列的無線終端的實(shí)際硬件參數(shù)也存在差異，包括:振蕩器頻偏、相位偏差、非線性失真等，而本發(fā)明正是利用這種硬件信息獲得無線目標(biāo)的身份。
[0016]進(jìn)一步的，所述步驟(2)的具體步驟為:
[0017](2.1)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行去噪處理；
[0018](2.2)將去噪后的信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換；
[0019](2.3)取模后取對(duì)數(shù)譜 ；
[0020](2.4)取逆傅里葉變換獲得時(shí)域的硬件特性變換；
[0021](2.5)利用低通濾波器濾出處于低頻的硬件特性信息。
[0022]進(jìn)一步的，所述定位數(shù)據(jù)處理器實(shí)時(shí)向各個(gè)定位接收機(jī)發(fā)送需要定位的無線終端的硬件特性，進(jìn)而各個(gè)定位接收機(jī)能夠?qū)崟r(shí)更新無線目標(biāo)硬件特性數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0023]為確保信道特性是緩慢變化的，所述定位接收機(jī)采用多天線技術(shù)，在其捕獲信號(hào)過程中能夠控制接收天線的切換，并從不同的天線中接收信號(hào)，能夠避免無線目標(biāo)靜止時(shí)可能出現(xiàn)的信道非時(shí)變的情況。
[0024]進(jìn)一步的，所述步驟(3)中進(jìn)行的實(shí)行識(shí)別與匹配是在設(shè)定一定容錯(cuò)率的條件下，應(yīng)用適當(dāng)?shù)钠ヅ渌惴▽⑻崛〉挠布匦耘c定位數(shù)據(jù)處理器發(fā)送的無線目標(biāo)硬件特性進(jìn)行匹配的。
[0025]進(jìn)一步的，所述步驟(4)中的信號(hào)角度信息由各個(gè)定位接收機(jī)在接收信號(hào)時(shí)得出并存儲(chǔ)下來，所述時(shí)間戳由各個(gè)定位接收機(jī)在捕捉到信號(hào)幀時(shí)存儲(chǔ)下來。
[0026]進(jìn)一步的，所述步驟(5)的定位算法可以是單獨(dú)使用AOA，TD0A，或這聯(lián)合使用這兩種方法，也可以使用其他的一些定位算法來計(jì)算得出無線目標(biāo)的位置信息，提高定位精度。
[0027]進(jìn)一步的，所述步驟(2.1)進(jìn)行去噪處理后的信號(hào)表示為:
[0028]Y1 (n) = X1 (n) ^h1 (n) *hp (n) *h2 (η),
[0029]其中，Xl (η)表示用戶I經(jīng)過基帶調(diào)制的數(shù)據(jù)，Ii1 (η)為發(fā)送濾波器的單位沖激響應(yīng)，hp(n)為空中信道的單位沖激響應(yīng)，h2(n)為接收濾波器的單位沖激響應(yīng)，Y1 (η)為接收的數(shù)據(jù)，*表示卷積運(yùn)算，η表示離散時(shí)間信號(hào)的時(shí)間標(biāo)號(hào)，取值為整數(shù)。
[0030]所述步驟(2.2)取離散傅里葉變換后的信號(hào)表示為:
[0031]Y1(CO) = X1(Q) XH1 (ω) XHp(ω) XH2 (ω)；
[0032]其中，Y1(Co)表示對(duì)yi(n)取離散傅里葉變換的結(jié)果，X1 (ω)表示對(duì)X1 (η)取離散傅里葉變換的結(jié)果，H1 (ω)表示對(duì)Ill (η)取離散傅里葉變換的結(jié)果，Ηρ(ω)表示對(duì)hp(n)取離散傅里葉變換的結(jié)果，Η2(ω)表示對(duì)h2(n)取離散傅里葉變換的結(jié)果，ω表示數(shù)字頻率。
[0033]所述步驟(2.3)取模后取對(duì)數(shù)譜后的結(jié)果表示為:
[0034]log| Y1 (ω) = 1glX1 (ω) +log H1 ( ω ) | +log Hp ( ω ) | +log H2 ( ω )；
[0035]求得的對(duì)數(shù)頻譜是簡(jiǎn)單的疊加關(guān)系，其中，無線目標(biāo)的硬件特性對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)譜1glH1(Co) |、定位接收機(jī)的硬件特性對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)譜l0g|H2(co) I是固定不變的；用戶數(shù)據(jù)是快速變化的；多徑hp(η)也是緩慢變化的。因此，可以通過適當(dāng)?shù)牡屯V波器將相對(duì)快變的分量濾除，留下的不變的分量即為硬件特性；所述步驟(2.5)取逆傅里葉變換獲得時(shí)域的硬件特性變換為:
[0036]LPF{F_1 (1g)Y1 (ω) |)},
[0037]其中LPF{.}表示經(jīng)過低通濾波器濾波后取出的硬件特性，F(xiàn)-1(.)表示取逆傅里葉變換。
[0038]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0039](I)本發(fā)明能夠運(yùn)用在2G、3G、4G等不同的通信系統(tǒng)環(huán)境下，不需要針對(duì)不同的通信系統(tǒng)在硬件上做出大量的調(diào)整，解決被動(dòng)定位的通用性問題。
[0040](2)本發(fā)明從探測(cè)到的信號(hào)中獲得無線目標(biāo)的身份信息，不需要花費(fèi)昂貴的代價(jià)對(duì)無線目標(biāo)發(fā)送的上行數(shù)據(jù)進(jìn)行解密就能夠識(shí)別用戶身份，對(duì)選定用戶進(jìn)行被動(dòng)定位，解決了被動(dòng)定位的身份確定問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1是本發(fā)明中的設(shè)備連接示意圖；
[0042]圖2是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0043]圖3是實(shí)施例中無線設(shè)備對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)的處理框圖；
[0044]圖4是實(shí)施例中定位接收機(jī)處理數(shù)據(jù)框圖；
[0045]圖5是本發(fā)明中硬件特性變換及特征提取流程圖(倒譜法流程圖)；
[0046]圖6是本發(fā)明中定位接收機(jī)向定位數(shù)據(jù)處理器發(fā)送的內(nèi)容；
[0047]圖7是實(shí)施例中通過matlab仿真運(yùn)用倒譜法提取硬件特性未經(jīng)低通濾波的結(jié)果圖；
[0048]圖8是實(shí)施例中通過matlab仿真運(yùn)用倒譜法提取硬件特性未經(jīng)低通濾波的結(jié)果局部圖；
[0049]圖9是實(shí)施例使用matlab仿真運(yùn)用倒譜法提取硬件特性經(jīng)低通濾波后的結(jié)果圖。

【具體實(shí)施方式】
[0050]下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0051] 如圖1所示，本發(fā)明主要應(yīng)用在2G、3G、4G等不同的通信場(chǎng)合下，實(shí)現(xiàn)對(duì)無線目標(biāo)的被動(dòng)定位。當(dāng)無線目標(biāo)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由于信號(hào)在空中傳播，定位接收機(jī)1、定位接收機(jī)2、定位接收機(jī)3將捕獲到該信號(hào)。各定位接收機(jī)的位置信息保存在定位數(shù)據(jù)處理器中，且能夠?qū)崟r(shí)更新該位置信息。定位數(shù)據(jù)處理器將帶有無線目標(biāo)硬件特性的信息傳給各個(gè)定位接收機(jī)。定位數(shù)據(jù)處理器相當(dāng)于一個(gè)控制中心，可以與各個(gè)定位接收機(jī)實(shí)時(shí)通信。各定位接收機(jī)在獲得信號(hào)后做相應(yīng)的處理，處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到定位數(shù)據(jù)處理器，定位數(shù)據(jù)處理器根據(jù)定位算法計(jì)算出無線目標(biāo)的位置信息。三個(gè)定位接收機(jī)為一組接收處理信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)二維平面位置確定，如果需要確定三維空間位置，再增添一個(gè)定位接收機(jī)，應(yīng)用4個(gè)定位接收機(jī)實(shí)現(xiàn)。
[0052]如圖2所示，本發(fā)明的一種基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，包括以下步驟:
[0053](I)選定定位接收機(jī)的位置，并把定位接收機(jī)的位置存入定位數(shù)據(jù)處理器，定位數(shù)據(jù)處理器中保存無線目標(biāo)的硬件特性數(shù)據(jù)庫(kù)，定位數(shù)據(jù)處理器把無線目標(biāo)的硬件特性發(fā)送給各個(gè)需要定位此目標(biāo)的定位接收機(jī)，每個(gè)定位接收機(jī)中還保存其自身的硬件特性，定位開始之如，完成同步工作；
[0054](2)每個(gè)定位接收機(jī)對(duì)其接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波變換處理獲得目標(biāo)硬件特性變換，再對(duì)其做特征提??；
[0055](3)每個(gè)定位接收機(jī)均對(duì)提取的特征與數(shù)據(jù)庫(kù)的相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別與匹配，獲得發(fā)出該信號(hào)的目標(biāo)身份；
[0056](4)每個(gè)定位接收機(jī)對(duì)匹配成功的信號(hào)，將相應(yīng)的硬件特性、時(shí)間戳、信號(hào)角度信息發(fā)送給定位數(shù)據(jù)處理器；
[0057](5)定位數(shù)據(jù)處理器根據(jù)接收的信息，利用定位算法求出無線目標(biāo)的位置信息。
[0058]其中，硬件特性是指攜帶無線目標(biāo)硬件信息的無線信號(hào)的變換結(jié)果；所述硬件信息的物質(zhì)基礎(chǔ)是指無線終端的內(nèi)部元件存在容差，內(nèi)部元件包括有電子元件、印制電路板走線、集成電路內(nèi)部元件與走線以及天線；電子元件容差包括制造容差和漂移容差，制造容差是元件制造過程中，由于生產(chǎn)精度不可能無限小，電子元件出廠時(shí)的實(shí)際值與標(biāo)稱值存在的差值，漂移容差是由于老化、溫度、濕度、裝配、壓力、陽光、灰塵等因素導(dǎo)致的設(shè)備工作過程中元件值的變化。
[0059]如圖6所示，定位接收機(jī)向定位數(shù)據(jù)處理器發(fā)送的內(nèi)容，包括硬件特性標(biāo)示、角度信息、時(shí)間戳。
[0060]其中，硬件特性標(biāo)示表示信息屬于哪一個(gè)定位目標(biāo)，為定位數(shù)據(jù)處理器提供對(duì)信號(hào)進(jìn)行分組的依據(jù)；此處傳輸?shù)挠布匦詷?biāo)示可以是定位接收機(jī)與定位數(shù)據(jù)處理器約定的代號(hào)，而不必傳輸硬件特性本身，如此可以提高定位數(shù)據(jù)處理器的識(shí)別分組效率；比如，定位數(shù)據(jù)處理器中建立一個(gè)硬件特性的索引，定位接收機(jī)傳輸這個(gè)索引；定位數(shù)據(jù)處理器在接收到各個(gè)定位接收機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，根據(jù)是否來自同一個(gè)無線目標(biāo)對(duì)其進(jìn)行分組，并分別處理每組數(shù)據(jù)得到相應(yīng)的位置信息。
[0061]角度信息由各個(gè)定位接收機(jī)在接收信號(hào)時(shí)得出并存儲(chǔ)下來，用于AOA定位算法使用。
[0062]時(shí)間戳由各個(gè)定位接收機(jī)在捕捉到信號(hào)幀時(shí)存儲(chǔ)下來，用于TDOA定位算法使用。
[0063]定位數(shù)據(jù)處理器實(shí)時(shí)向各個(gè)定位接收機(jī)發(fā)送需要定位的無線目標(biāo)的硬件特性，進(jìn)而各個(gè)定位接收機(jī)能夠?qū)崟r(shí)更新目標(biāo)硬件特性數(shù)據(jù)庫(kù)；所述定位接收機(jī)采用多天線技術(shù)，在其捕獲信號(hào)過程中能夠控制接收天線的切換，并從不同的天線中接收信號(hào)。
[0064]如圖5所示,上述步驟(2)的具體步驟為:
[0065](2.1)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行去噪處理；
[0066](2.2)將去噪后的信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換；
[0067](2.3)取模后取對(duì)數(shù)譜；
[0068](2.4)取逆傅里葉變換獲得時(shí)域的硬件特性變換；
[0069](2.5)利用低通濾波器濾出處于低頻的硬件特性信息。
[0070]上述步驟(3)中進(jìn)行的實(shí)行識(shí)別與匹配是在設(shè)定一定容錯(cuò)率的條件下，應(yīng)用適當(dāng)?shù)钠ヅ渌惴▽⑻崛〉挠布匦耘c定位數(shù)據(jù)處理器發(fā)送的無線目標(biāo)硬件特性進(jìn)行匹配的。
[0071]上述步驟(4)中的信號(hào)角度信息由各個(gè)定位接收機(jī)在接收信號(hào)時(shí)得出并存儲(chǔ)下來，所述時(shí)間戳由各個(gè)定位接收機(jī)在捕捉到信號(hào)幀時(shí)存儲(chǔ)下來；在定位接收機(jī)處理接收信號(hào)的過程中也會(huì)引入自己的硬件特性，但是接收端的硬件特性為已知的，已經(jīng)預(yù)先存儲(chǔ)在各個(gè)定位接收機(jī)中。
[0072]上述所述步驟(5)的定位算法可以是單獨(dú)使用A0A，TD0A，或這聯(lián)合使用這兩種方法，也可以使用其他的一些定位算法來計(jì)算得出無線目標(biāo)的位置信息。定位數(shù)據(jù)處理器在接收到各個(gè)定位接收機(jī)的信號(hào)后，將具有相同身份標(biāo)示的信號(hào)分為一組，對(duì)其利用定位算法計(jì)算出位置信息。期間，如果目標(biāo)無線目標(biāo)不斷向基站發(fā)送數(shù)據(jù)，定位數(shù)據(jù)處理器將不斷獲得各個(gè)定位接收機(jī)反饋的信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)獲得無線目標(biāo)移動(dòng)軌跡的目的。
[0073]上述所述步驟(2.1)進(jìn)行去噪處理后的信號(hào)表示為:
[0074]Y1 (n) = X1 (n) ^h1 (n) *hp (n) *h2 (η),
[0075]其中，X1 (η)表示用戶I經(jīng)過基帶調(diào)制的數(shù)據(jù)，Ii1 (η)為發(fā)送濾波器的單位沖激響應(yīng)，hp(n)為空中信道的單位沖激響應(yīng)，h2(n)為接收濾波器的單位沖激響應(yīng)，Y1 (η)為接收的數(shù)據(jù)，*表示卷積運(yùn)算，η表示離散時(shí)間信號(hào)的時(shí)間標(biāo)號(hào)，取值為整數(shù)；
[0076]所述步驟(2.2)取離散傅里葉變換后的信號(hào)表示為:
[0077]Y1(CO) = X1(Q) XH1 (ω) XHp(ω) XH2 (ω)；
[0078]所述步驟(2.3)取模后取對(duì)數(shù)譜后表示為:
[0079]log| Y1 (ω) = 1glX1 (ω) +log H1 ( ω ) | +log Hp ( ω ) | +log H2 ( ω )；
[0080]其中，Y1(Co)表示對(duì)yi(n)取離散傅里葉變換的結(jié)果，\(ω)表示對(duì)X1 (η)取離散傅里葉變換的結(jié)果，H1 (ω)表示對(duì)Ill (η)取離散傅里葉變換的結(jié)果，Ηρ(ω)表示對(duì)hp(n)取離散傅里葉變換的結(jié)果，Η2(ω)表示對(duì)h2(n)取離散傅里葉變換的結(jié)果，ω表示數(shù)字頻率。
[0081]所述步驟(2.5)取逆傅里葉變換獲得時(shí)域的硬件特性變換為:
[0082]LPF{F_1 (1g)Y1 (ω) |)},
[0083]其中LPF{.}表示經(jīng)過低通濾波器濾波后取出的硬件特性，Υ.)表示取逆傅里葉變換。
[0084]下面以4G LTE的通信方式作為一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0085]如圖3所示，本實(shí)施例采用正交調(diào)制技術(shù)的通用無線數(shù)字發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，m(t)為待發(fā)送的信號(hào)，調(diào)制后經(jīng)過基帶信號(hào)處理電路產(chǎn)生兩路基帶信號(hào)x(t)和y(t)，再由正交調(diào)制電路產(chǎn)生射頻已調(diào)信號(hào)，經(jīng)功放電路及天線發(fā)送到無線信道中。在4G LTE中采用SC-OFDM的基帶調(diào)制方式，Hii (t)和mjt)分別是無線設(shè)備發(fā)送基帶數(shù)字序列的等效信號(hào)，hdt)和hq (t)分別是I路和Q路混頻器之前及含混頻器偏差的電路等效系統(tǒng)沖激響應(yīng)，包含發(fā)送基帶數(shù)字序列的時(shí)間偏移、混頻器的幅度偏差、I路與Q路的相位差等因素；fIF為中頻頻率；hIF(t)為中頻濾波器的單位沖激響應(yīng)；<K(t)是I路與Q路的相位偏差，是載波相位噪聲。
[0086]中頻信號(hào)sIF (t)可表示為:
[0087]sIF (t) = hIF(t)*
[0088]Imi (t) *hi (t) X cos [2 π fIFt+ Φ 丄(t) ] _mq (t) *hq (t) X sin [2 π fIFt+ φ 0 (t) + Φ !(t)]}。
[0089]中頻信號(hào)sIF (t)經(jīng)上變頻后的射頻信號(hào)可表示為:
[0090]Sef (t) = sIF(t) X cos [2 π fct+Φ 2 (t)]。
[0091]其中，fc為射頻頻率，Φ2α)是射頻載波相位噪聲。
[0092]最后，中頻信號(hào)sIF (t)經(jīng)功率放大器PA后的射頻發(fā)送信號(hào)可表示為:
[0093]s (t) = g[sEF(t)]。
[0094]其中，g[.]表不功率放大器PA的輸入-輸出函數(shù)。
[0095]如果是在其他通信環(huán)境的情況下，只要調(diào)整各濾波器的工作參數(shù)，包括帶寬和工作頻點(diǎn)，以適應(yīng)包括2G、3G在內(nèi)的通信系統(tǒng)，并將調(diào)制器改為對(duì)應(yīng)通信系統(tǒng)的調(diào)制方式。
[0096]圖4為本實(shí)施例中硬件特性識(shí)別系統(tǒng)的簡(jiǎn)化等效圖，發(fā)射信號(hào)s(t)經(jīng)過信道后會(huì)引入一定的噪聲，通過1、Q正交支路下變頻后將獲得調(diào)制的基帶信號(hào)。其中，heh(t)是信道的沖激響應(yīng)，此無線多徑信道的沖激響應(yīng)可表示為:

【權(quán)利要求】
1.一種基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，其特征在于包括以下步驟: (1)選定定位接收機(jī)的位置，并把定位接收機(jī)的位置存入定位數(shù)據(jù)處理器，定位數(shù)據(jù)處理器中保存無線目標(biāo)的硬件特性數(shù)據(jù)庫(kù)，定位數(shù)據(jù)處理器把無線目標(biāo)的硬件特性發(fā)送給各個(gè)需要定位此目標(biāo)的定位接收機(jī)，每個(gè)定位接收機(jī)中還保存其自身的硬件特性，定位開始之前，完成同步工作； (2)每個(gè)定位接收機(jī)對(duì)其接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波變換處理獲得目標(biāo)硬件特性變換，再對(duì)其做特征提?。? (3)每個(gè)定位接收機(jī)均對(duì)提取的特征與數(shù)據(jù)庫(kù)的相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別與匹配，獲得發(fā)出該信號(hào)的目標(biāo)身份； (4)每個(gè)定位接收機(jī)對(duì)匹配成功的信號(hào)，將相應(yīng)的硬件特性、時(shí)間戳、信號(hào)角度信息發(fā)送給定位數(shù)據(jù)處理器； (5)定位數(shù)據(jù)處理器根據(jù)接收的信息，利用定位算法求出無線目標(biāo)的位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，其特征在于:所述硬件特性是指攜帶 無線目標(biāo)硬件信息的無線信號(hào)的變換結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，其特征在于:所述硬件信息的物質(zhì)基礎(chǔ)是指無線目標(biāo)的內(nèi)部元件存在容差，內(nèi)部元件包括有電子元件、印制電路板走線、集成電路內(nèi)部元件與走線以及天線； 電子元件容差包括制造容差和漂移容差，制造容差是元件制造過程中，由于生產(chǎn)精度不可能無限小，電子元件出廠時(shí)的實(shí)際值與標(biāo)稱值存在的差值，漂移容差是由于老化、溫度、濕度、裝配、壓力、陽光、灰塵等因素導(dǎo)致的設(shè)備工作過程中元件值的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，其特征在于:所述步驟(2)的具體步驟為: (2.1)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行去噪處理； (2.2)將去噪后的信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換； (2.3)取模后取對(duì)數(shù)譜； (2.4)取逆傅里葉變換獲得時(shí)域的硬件特性變換； (2.5)利用低通濾波器濾出處于低頻的硬件特性信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，其特征在于:所述定位數(shù)據(jù)處理器實(shí)時(shí)向各個(gè)定位接收機(jī)發(fā)送需要定位的無線目標(biāo)的硬件特性，進(jìn)而各個(gè)定位接收機(jī)能夠?qū)崟r(shí)更新目標(biāo)硬件特性數(shù)據(jù)庫(kù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，其特征在于:所述定位接收機(jī)采用多天線技術(shù)，在其捕獲信號(hào)過程中能夠控制接收天線的切換，并從不同的天線中接收信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，其特征在于:所述步驟(3)中進(jìn)行的實(shí)行識(shí)別與匹配是在設(shè)定一定容錯(cuò)率的條件下，應(yīng)用匹配算法將提取的硬件特性與定位數(shù)據(jù)處理器發(fā)送的無線目標(biāo)硬件特性進(jìn)行匹配的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，其特征在于:所述步驟(4)中的信號(hào)角度信息由各個(gè)定位接收機(jī)在接收信號(hào)時(shí)得出并存儲(chǔ)下來，所述時(shí)間戳由各個(gè)定位接收機(jī)在捕捉到信號(hào)幀時(shí)存儲(chǔ)下來。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，其特征在于:所述步驟(5)的定位算法可以是單獨(dú)使用AOA，TDOA，或者聯(lián)合使用這兩種方法，也可以使用其他的一些定位算法來計(jì)算得出無線目標(biāo)的位置信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于硬件特性的無線目標(biāo)被動(dòng)定位方法，其特征在于:所述步驟(2.1)進(jìn)行去噪處理后的信號(hào)表示為:
Yi (n) = X1 (n) ^h1 (n) *hp (n) *h2 (η), 其中，X1 (η)表示用戶I經(jīng)過基帶調(diào)制的數(shù)據(jù)，Ii1 (η)為發(fā)送濾波器的單位沖激響應(yīng)，hp (η)為空中信道的單位沖激響應(yīng)，h2 (η)為接收濾波器的單位沖激響應(yīng),Y1 (η)為接收的數(shù)據(jù)，*表示卷積運(yùn)算，η表示離散時(shí)間信號(hào)的時(shí)間標(biāo)號(hào)，取值為整數(shù)； 所述步驟(2.2)取離散傅里葉變換后的信號(hào)表示為:
Y1(CO) = X1(Q) XH1 (ω) ΧΗρ(ω) ΧΗ2(ω)； 其中，Y1(Co)表示對(duì)yi(n)取離散傅里葉變換的結(jié)果，\(ω)表示對(duì)X1 (η)取離散傅里葉變換的結(jié)果,H1(Co)表示對(duì)Ill (η)取離散傅里葉變換的結(jié)果，Ηρ(ω)表示對(duì)hp(n)取離散傅里葉變換的結(jié)果，H2 (ω)表示對(duì)h2(n)取離散傅里葉變換的結(jié)果，ω表示數(shù)字頻率； 所述步驟(2.3)取模 后取對(duì)數(shù)譜后表示為:
log|Y1 (ω) = 1glX1 (ω) |+1glH1(Co)卜log|Hp(co) |+log|H2(co) | ； 其中，I.I表示取模，log.表示取對(duì)數(shù)； 所述步驟(2.5)取逆傅里葉變換獲得時(shí)域的硬件特性變換為:
LPF(F^doglY1(Q) I)}， 其中LPF{.}表示經(jīng)過低通濾波器濾波后取出的硬件特性，.)表示取逆傅里葉變換。
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK104080167SQ201410299349
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】胡愛群, 包佳敏, 袁紅林, 韓心梓 申請(qǐng)人:東南大學(xué)