本发明涉及无人机控制技术领域，特别是一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法及装置。对空间中至少两架无人机进行设定次数的采样得到接收信号，接收信号中存在相干的同频无人机信号时，构造阻塞矩阵并对同频无人机信号进行期望信号的阻塞处理，得到处理后的同频无人机信号；根据处理后的同频无人机信号的协方差矩阵采用波束形成法得到并根据最优权矢量对应的全阵列最优波束形成器进行分离得到空间分离的同频无人机信号，通过构造的阻塞矩阵对同频相干信号进行阻塞处理，滤除其中的期望信号，实现抑制多径干扰，同时通过全阵波束形成将处理后的信号进行恢复实现了同频段多目标信号的分离，适用于同频段多目标信号源存在的无人机侦察作业。
1.一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对空间中至少两架无人机进行设定次数的采样得到接收信号；
2)当接收信号中存在相干的同频无人机信号时，构造阻塞矩阵并对同频无人机信号进行期望信号的阻塞处理，得到处理后的同频无人机信号；
3)根据处理后的同频无人机信号的协方差矩阵采用最小方差无畸变响应波束形成法得到最优权矢量对应的全阵列最优波束形成器，根据所述全阵列最优波束形成器对处理后的同频无人机信号进行分离得到空间分离的同频无人机信号；
式中k为阻塞级数，θ0为期望信号来向，根据系统波达角误差最大值Δθ选择适当的阻塞级数k，k值大小为下式成立时k的最小值， |·|表示取模，M为阵元数，d为阵元间距，λ为接收信号的波长；
k级阻塞的阻塞矩阵B为Bk的累乘：B＝BkBk-1…B1。
2.根据权利要求1所述的城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法，其特征在于，步骤1)中接收信号的采样为通过阵元数为M、间隔半波长的多通道数字均匀直线阵列设备进行采样，则接收信号的矢量为：式中sd(t)为期望信号波达角表示期望信号，sq(t)为干扰信号的波达角表示干扰波形，θq,q＝1…Q为干扰波形的来向，n(t)为噪声矢量， 为来向信号的导向矢量。
3.根据权利要求2所述的城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法，其特征在于，经过k级阻塞处理处理后的同频无人机信号的矢量xk(t)＝Bx(t)。
4.根据权利要求3所述的城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法，其特征在于，根据最小方差无畸变响应波束形成法得到各阵元的复加权值矢量w0：式中Rk为预处理后信号的协方差矩阵，且有
根据子阵间相位关系递增，对w0进行全阵波束形成得到w＝Tw0，其中全阵变换矩阵为：式中 K为阻塞处理的总次数，L为进行采样的设定次数。
5.一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
1)对空间中至少两架无人机进行设定次数的采样得到接收信号；
2)当接收信号中存在相干的同频无人机信号时，构造阻塞矩阵并对同频无人机信号进行期望信号的阻塞处理，得到处理后的同频无人机信号；
3)根据处理后的同频无人机信号的协方差矩阵采用最小方差无畸变响应波束形成法得到最优权矢量对应的全阵列最优波束形成器，根据所述全阵列最优波束形成器对处理后的同频无人机信号进行分离得到空间分离的同频无人机信号；
式中k为阻塞级数，θ0为期望信号来向，根据系统波达角误差最大值Δθ选择适当的阻塞级数k，k值大小为下式成立时k的最小值， |·|表示取模，M为阵元数，d为阵元间距，λ为接收信号的波长；
k级阻塞的阻塞矩阵B为Bk的累乘：B＝BkBk-1…B1。
6.根据权利要求5所述的城市环境中无人机同频段多目标空间分离装置，其特征在于，步骤1)中接收信号的采样为通过阵元数为M、间隔半波长的多通道数字均匀直线阵列设备进行采样，则接收信号的矢量为：式中sd(t)为期望信号波达角表示期望信号，sq(t)为干扰信号的波达角表示干扰波形，θq,q＝1…Q为干扰波形的来向，n(t)为噪声矢量， 为来向信号的导向矢量。
7.根据权利要求6所述的城市环境中无人机同频段多目标空间分离装置，其特征在于，经过k级阻塞处理处理后的同频无人机信号的矢量xk(t)＝Bx(t)。
8.根据权利要求7所述的城市环境中无人机同频段多目标空间分离装置，其特征在于，根据最小方差无畸变响应波束形成法得到各阵元的复加权值矢量w0：式中Rk为预处理后信号的协方差矩阵，且有
根据子阵间相位关系递增，对w0进行全阵波束形成得到w＝Tw0，其中全阵变换矩阵为：式中 K为阻塞处理的总次数，L为进行采样的设定次数。
一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及无人机控制技术领域，特别是一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法及装置。
背景技术
[0002] 无人机蜂群作战中，无人机信号一般采用码分多址形式，同一频段内存在多个目标信号。另外，在城市环境中建筑物等对信号的反射造成多径效应，导致侦察中期望信号与干扰相关甚至相干，这些因素对无人机的探测识别造成不利影响。
[0003] 现有的无人机探测装置多采用比幅法测向和干涉仪测向，这两种体制无法处理同时出现的同频带或相近频段多架无人机信号，目标识别准确度低。部分采用阵列体制的无人机探测装置则缺乏能有效实现同频段内的多个无人机信号及其多径信号分离的算法。因此，现有的无人机侦察方法存在无法抑制多径干扰、不适用于同频段多目标信号源的明显缺陷。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法及装置，用以解决现有探测用无人机侦测时无法抑制多径干扰、不适用于同频段多目标信号源的问题。
[0005] 为了实现无人机同频段多目标信号的分离，解决现有探测用无人机侦测时无法抑制多径干扰、不适用于同频段多目标信号源的问题。本发明提供一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法，包括以下步骤：
[0006] 1)对空间中至少两架无人机进行设定次数的采样得到接收信号；
[0007] 2)当接收信号中存在相干的同频无人机信号时，构造阻塞矩阵并对同频无人机信号进行期望信号的阻塞处理，得到处理后的同频无人机信号；
[0008] 3)根据处理后的同频无人机信号的协方差矩阵采用最小方差无畸变响应波束形成法得到最优权矢量对应的全阵列最优波束形成器，根据所述全阵列最优波束形成器对处理后的同频无人机信号进行分离得到空间分离的同频无人机信号。
[0009] 有益效果是，通过构造的阻塞矩阵对同频相干信号进行阻塞处理，滤除其中的期望信号，实现抑制多径干扰，同时通过全阵波束形成将处理后的信号进行恢复实现了同频段多目标信号的分离，适用于同频段多目标信号源存在的无人机侦察作业。
[0010] 进一步地，为了提高信号分离方法对期望信号波达角估计误差的稳健性，任一级的阻塞矩阵为：
[0011]
[0012] 式中k为阻塞级数，θ0为期望信号来向，k值大小为下式成立时k的最小值，|·|表示取模，M为阵元数，d为阵元间距，λ为接收信号的波长。
[0013] 进一步地，为了保证采样的数据准确，步骤1)中接收信号的采样为通过阵元数为M、间隔半波长的多通道数字均匀直线阵列设备进行采样，则接收信号的矢量为：
[0014]
[0015] 式中sd(t)为期望信号波达角表示期望信号，sq(t)为干扰信号的波达角表示干扰波形，θq,q＝1…Q为干扰波形的来向，n(t)为噪声矢量，为来向信号的导向矢量。
[0016] 进一步地，为了保持干扰信号空间特性不变，k级阻塞的阻塞矩阵B为Bk的累乘：
[0017] B＝BkBk-1…B1
[0018] 经过k级阻塞处理处理后的同频无人机信号的矢量xk(t)＝Bx(t)。
[0019] 进一步地，为了降低阵列增益损失，同时降低输出信干噪比损失，根据最小方差无畸变响应波束形成法得到各阵元的复加权值矢量w0：
[0020]
[0021] 式中Rk为预处理后信号的协方差矩阵，且有
[0022]
[0023] 根据子阵间相位关系递增，对w0进行全阵波束形成得到w＝Tw0，其中全阵变换矩阵为：
[0024]
[0025] 式中 L为进行采样的设定次数。
[0026] 本发明提供一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
[0027] 1)对空间中至少两架无人机进行设定次数的采样得到接收信号；
[0028] 2)当接收信号中存在相干的同频无人机信号时，构造阻塞矩阵并对同频无人机信号进行期望信号的阻塞处理，得到处理后的同频无人机信号；
[0029] 3)根据处理后的同频无人机信号的协方差矩阵采用最小方差无畸变响应波束形成法得到最优权矢量对应的全阵列最优波束形成器，根据所述全阵列最优波束形成器对处理后的同频无人机信号进行分离得到空间分离的同频无人机信号，通过构造的阻塞矩阵对同频相干信号进行阻塞处理，滤除其中的期望信号，实现抑制多径干扰，同时通过全阵波束形成将处理后的信号进行恢复实现了同频段多目标信号的分离，适用于同频段多目标信号源存在的无人机侦察作业。
[0030] 进一步地，为了提高信号分离方法对期望信号波达角估计误差的稳健性，该装置中任一级的阻塞矩阵为：
[0031]
[0032] 式中k为阻塞级数，θ0为期望信号来向，k值大小为下式成立时k的最小值，|·|表示取模，M为阵元数，d为阵元间距，λ为接收信号的波长。
[0033] 进一步地，为了保证采样的数据准确，该装置的步骤1)中接收信号的采样为通过阵元数为M、间隔半波长的多通道数字均匀直线阵列设备进行采样，则接收信号的矢量为：
[0034]
[0035] 式中sd(t)为期望信号波达角表示期望信号，sq(t)为干扰信号的波达角表示干扰波形，θq,q＝1…Q为干扰波形的来向，n(t)为噪声矢量，为来向信号的导向矢量。
[0036] 进一步地，为了保持干扰信号空间特性不变，该装置中k级阻塞的阻塞矩阵B为Bk的累乘：
[0037] B＝BkBk-1…B1
[0038] 经过k级阻塞处理处理后的同频无人机信号的矢量xk(t)＝Bx(t)。
[0039] 进一步地，为了降低阵列增益损失，同时降低输出信干噪比损失，该装置根据最小方差无畸变响应波束形成法得到各阵元的复加权值矢量w0：
[0040]
[0041] 式中Rk为预处理后信号的协方差矩阵，且有
[0042]
[0043] 根据子阵间相位关系递增，对w0进行全阵波束形成得到w＝Tw0，其中全阵变换矩阵为：
[0044]
[0045] 式中 L为进行采样的设定次数。
附图说明
[0046] 图1是本发明的一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法的流程图；
[0047] 图2是本发明的通道数字均匀直线阵列设备信号接收原理图。
具体实施方式
[0048] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0049] 方法实施例：
[0050] 本发明提供一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0051] 1)对空间中至少两架无人机进行设定次数的采样得到接收信号。
[0052] 布设多通道数字均匀直线阵列设备对空间中的多架无人机信号进行多快拍采样，如图2所示，多通道数字均匀直线阵列设备中布设的阵元数为M、阵元间距为d，本发明采用的阵元间距为半波长，通过OUTPUT输出。
[0053] 通过多通道数字均匀直线阵列设备对空间中至少两架无人机进行设定次数的采样得到接收信号，建立该阵列设备下的接收信号的模型，接收信号的矢量为：
[0054]
[0055] 式中sd(t)为期望信号波达角表示期望信号，sq(t)为干扰信号的波达角表示干扰波形，θ0为期望信号来向，θq,q＝1…Q为干扰波形的来向，n(t)为噪声矢量，为来向信号的导向矢量。
[0056] 2)当接收信号中存在相干的同频无人机信号时，构造阻塞矩阵并对同频无人机信号进行期望信号的阻塞处理，得到处理后的同频无人机信号。
[0057] 首先根据系统波达角误差最大值Δθ选择适当的阻塞级数k。原则上Δθ越大k越大，根据经验取下式成立时k的最小值即为k值。
[0058]
[0059] 式中|·|表示取模。
[0060] 假设第k次的阻塞矩阵为Bk，构造Bk如下
[0061]
[0062] 将第k次阻塞处理表示成阻塞矩阵与输入信号乘积的形式，设第k次阻塞后的信号为xk(t)，有
[0063] xk(t)＝Bkxk-1(t)
[0064] 将k级阻塞的阻塞矩阵表示为Bk的累乘：
[0065] B＝BkBk-1…B1
[0066] 通过对数字阵列接收信号的预处理，阻塞其中期望信号，保持干扰信号空间特性不变，所得结果如下
[0067] xk(t)＝Bx(t)。
[0068] 3)根据处理后的同频无人机信号的协方差矩阵采用最小方差无畸变响应波束形成法得到最优权矢量对应的全阵列最优波束形成器，根据全阵列最优波束形成器对处理后的同频无人机信号进行分离得到空间分离的同频无人机信号。
[0069] 为了降低阵列增益损失，同时降低输出信干噪比损失，根据最小方差无畸变响应(minimum variance distortionless response，MVDR)波束形成法得到各阵元的复加权值矢量w0：
[0070]
[0071] 式中Rk为预处理后信号的协方差矩阵，且有
[0072]
[0073] 在信号预处理过程中每进行一级期望信号阻塞，信号xk(t)的维数下降一维，因此得到的阵元复加权值矢量w0的维数小于阵列维数M，属于部分波束形成，存在阵列孔径损失。根据子阵间相位关系递增，对w0进行全阵波束形成得到等效的全阵列最优波束形成器的最优权矢量w＝Tw0，其中全阵变换矩阵为：
[0074]
[0075] 式中 L为进行采样的设定次数。
[0076] 通过构造的阻塞矩阵对同频相干信号进行阻塞处理，滤除其中的期望信号，实现抑制多径干扰，同时通过全阵波束形成将处理后的信号进行恢复实现了同频段多目标信号的分离，适用于同频段多目标信号源存在的无人机侦察作业。
[0077] 装置实施例：
[0078] 本发明提供一种城市环境中无人机同频段多目标空间分离装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述方法实施例中的方法。
[0079] 以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
