專利名稱：多普勒無線電測向方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用多普勒效應(yīng)確定無線電信號(hào)來波示向度的方法，是一種用相位法完成無線電測向的信息處理方法，屬于無線電測向領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，采用多普勒測向法的測向系統(tǒng)大都使用電子開關(guān)高速切換均勻分布在圓周上的若干偶極子天線，從而使得電子開關(guān)輸出的射頻信號(hào)產(chǎn)生多普勒頻移，通過處理該頻移從而可以得到無線電信號(hào)的來波方向，即示向度。以往采用多普勒測向法的測向系統(tǒng)在進(jìn)行示向度計(jì)算時(shí)，大都采用查表法、相關(guān)運(yùn)算法或快速傅里葉變換濾波法等。其缺點(diǎn)是查表法得到的示向度誤差較大；相關(guān)運(yùn)算法需要較大的存儲(chǔ)器；快速傅里葉變換濾波法需要較高主頻的CPU，且需要較大的存儲(chǔ)器。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述情況下多普勒測向法的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種多普勒無線電測向新方法。本發(fā)明所采用的系統(tǒng)為由N×1電子開關(guān)、無線電接收機(jī)、比較器、中頻濾波器、鑒頻器、可編程窄帶濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、測向控制單片機(jī)、PC機(jī)和天線陣組成。電子開關(guān)的輸出端與無線電接收機(jī)的輸入端相連，無線電接收機(jī)的中頻輸出口與比較器的輸入端相連；比較器把無線電接收機(jī)輸出的模擬中頻信號(hào)變成同頻方波，中頻濾波器對(duì)比較器輸出的方波進(jìn)行帶通濾波，經(jīng)鑒頻器進(jìn)行鑒頻，再經(jīng)可編程窄帶濾波器進(jìn)行窄帶濾波，最后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，由測向控制單片機(jī)計(jì)算出無線電來波的示向度，然后通過通信接口將示向度送給PC機(jī)或其它發(fā)出測向指令的系統(tǒng)。。
本多普勒測向系統(tǒng)的電子開關(guān)切換到天線陣的每個(gè)天線陣子時(shí)，系統(tǒng)都能從A/D轉(zhuǎn)換器同步得到1個(gè)數(shù)字量，系統(tǒng)程序利用天線切換一周得到的數(shù)字量可以計(jì)算出跟多普勒頻移相關(guān)的正弦量的幅度、相位，從而可以計(jì)算出無線電來波的示向度。
多普勒測向示向度方法流程如下1.當(dāng)電子開關(guān)切換一周時(shí)，多普勒測向系統(tǒng)的測向控制單片機(jī)會(huì)得到N(要求天線陣子數(shù)N是4的整數(shù)倍)個(gè)A/D采樣值Ui(i＝0、1、2...N-1)，可以得到采樣值的數(shù)學(xué)平均值C。
C=Σi=0N-1UiN]]>其中N是天線陣的偶極子數(shù)量。
i＝0、1、2...N-1。
2.多普勒頻移跟可編程窄帶濾波器輸出的隨時(shí)間變化的正弦波信號(hào)相關(guān)，該正弦波信號(hào)的幅度為A。
A=4NΣi=0N4-1Ai]]>其中Ai是正弦波幅度。
Ai=(Ui-UN2+i)2+(UN4+i-U3N4+i)22]]>其中i=0,1,2...N4-1.]]>3.考查Ui求示向度θ。
A.當(dāng)i＞0時(shí)，Ui≥C且Ui-1＜C，則示向度θθ=360iN-arcsin(Ui-CA)]]>B.當(dāng)i＝0時(shí)，Ui≥C且UN-1＜C，則示向度θθ=360-arcsin(Ui-CA)]]>4.示向度θ標(biāo)定
θ或θ+180(θ是通過上述流程得到的無線電來波與參考方向的夾角)都可能是無線電來波的示向度，因此，本多普勒測向系統(tǒng)在聯(lián)調(diào)時(shí)可用沿參考方向的無線電來波對(duì)系統(tǒng)作靜態(tài)標(biāo)定。設(shè)通過上述流程得到的θ＝a，當(dāng)|a|＜|a+180|時(shí)，(θ-a)是真正的示向度；當(dāng)|a|＞|a+180|時(shí)，(θ-a-180)是真正的示向度。
本發(fā)明提供的多普勒無線電測向方法可以減小來波示向度的計(jì)算誤差，系統(tǒng)適應(yīng)性較好。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)功能框圖。
圖2是本發(fā)明的具體電路圖。
圖2(a)NX1電子開關(guān)圖2(b)測向控制單片機(jī)圖2(c)測向控制單片機(jī)外圍電路圖2(d)通信接口圖2(e)比較器圖2(f)中頻濾波器圖2(g)鑒頻器圖2(h)可編程窄帶濾波器圖2(i)電源圖3本發(fā)明的測向方法流程圖。
圖中1.N×1電子開關(guān)，2.無線電接收機(jī)，3.比較器，4.中頻濾波器，5.鑒頻器，6.可編程窄帶濾波器，7.A/D轉(zhuǎn)換器，8.測向控制單片機(jī)，9.PC機(jī)，10.天線陣，11.第一電纜，12.第二電纜，13.第三電纜，14.第四電纜，15.第五電纜，16.第六電纜，17.第七電纜，18.第八電纜，19.第九電纜，20.串口電纜，21.通信電纜，22.第十電纜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
天線陣10是由N個(gè)偶極子組成的，以某一方向(如正北方向)為參考方向按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，N個(gè)偶極子均勻分布在半徑為R的圓周上，每個(gè)偶極子與參考方向的夾角為α＝360n/N(其中n為偶極子號(hào)，n＝0、1、2...N-1)，且每個(gè)偶極子與圓周平面相垂直，N是能被4整除的正整數(shù)。無線電接收機(jī)2是至少應(yīng)具有AGC、中頻輸出接口和遙控接口(RS232或USB)功能的中頻帶寬可控的單信道接收機(jī)。A/D轉(zhuǎn)換器7應(yīng)具有12bit或16bit的分辨率。測向控制單片機(jī)8的核心器件是單片機(jī)，板上含有測向控制及信息處理執(zhí)行代碼，信息處理代碼含有示向度算法。A/D轉(zhuǎn)換器7也可以包含在測向控制單片機(jī)8或其單片機(jī)中。
在圖1中，天線陣10中的N個(gè)天線與N×1電子開關(guān)1的N個(gè)輸入端通過射頻電纜相連；N×1電子開關(guān)1的1個(gè)輸出端通過射頻電纜與無線電接收機(jī)2天線輸入端相連；無線電接收機(jī)2的中頻輸出口通過射頻電纜與比較器3的輸入端相連；比較器3、中頻濾波器4、鑒頻器5和可編程窄帶濾波器6可以做在同一電路板內(nèi)，在比較器3和中頻濾波器4之間不同的電路需要不同的模擬衰減量；測向控制單片機(jī)8通過第九電纜19、第十電纜22和第八電纜18分別完成對(duì)N×1電子開關(guān)1、可編程窄帶濾波器6和A/D轉(zhuǎn)換器7的控制，通過串口電纜20完成對(duì)無線電接收機(jī)2的頻點(diǎn)和工作方式設(shè)置，通過通信電纜21與PC機(jī)9進(jìn)行通信，接收PC機(jī)9的測向指令，并將示向度傳給PC機(jī)9。
多普勒測向示向度方法流程如下，參見圖31.電子開關(guān)切換一周時(shí)，多普勒測向系統(tǒng)的測向控制單片機(jī)會(huì)得到N(要求天線陣子數(shù)N是4的整數(shù)倍)個(gè)A/D采樣值Ui(i＝0、1、2...N-1)，可以得到采樣值的數(shù)學(xué)平均值C。
C=Σi=0N-1UiN]]>
其中N是天線陣的偶極子數(shù)量。
i＝0、1、2...N-1。
2.多普勒頻移跟可編程窄帶濾波器輸出的隨時(shí)間變化的正弦波信號(hào)相關(guān)，該正弦波信號(hào)的幅度為A。
A=4NΣi=0N4-1Ai]]>其中Ai是正弦波幅度。
Ai=(Ui-UN2+i)2+(UN4+i-U3N4+i)22]]>其中i=0,1,2...N4-1.]]>3.考查Ui求示向度θ。
a)當(dāng)i＞0時(shí)，Ui≥C且Ui-1＜C，則示向度θθ=360iN-arcsin(Ui-CA)]]>b)當(dāng)i＝0時(shí)，Ui≥C且UN-1＜C，則示向度θθ=360-arcsin(Ui-CA)]]>4.示向度θ標(biāo)定θ或θ+180(θ是通過上述流程得到的無線電來波與參考方向的夾角)都可能是無線電來波的示向度，因此，本多普勒測向系統(tǒng)在聯(lián)調(diào)時(shí)可用沿參考方向的無線電來波對(duì)系統(tǒng)作靜態(tài)標(biāo)定。設(shè)通過上述流程得到的θ＝a，當(dāng)|a|＜|a+180|時(shí)，(θ-a)是真正的示向度；當(dāng)|a|＞|a+180|時(shí)，(θ-a-180)是真正的示向度。
權(quán)利要求
1.多普勒無線電測向方法，其特征在于流程如下1)當(dāng)電子開關(guān)切換一周時(shí)，多普勒測向系統(tǒng)的測向控制處理板得到N個(gè)A/D采樣值Ui，計(jì)算采樣值的數(shù)學(xué)平均值C；C=Σi=0N-1UiN]]>其中N是天線陣的偶極子數(shù)量，是4的整數(shù)倍。i＝0、1、2...N-1；2)可編程窄帶濾波器輸出隨時(shí)間變化的正弦波信號(hào)，該正弦波信號(hào)的幅度為A；A=4NΣi=0N4-1Ai]]>其中Ai是正弦波幅度。N是天線陣的偶極子數(shù)量；Ai=(Ui-UN2+i)2+(UN4+i-U3N4+i)22]]>其中i=0,1,2...N4-1;]]>N是天線陣的偶極子數(shù)量；3)考查Ui求示向度θ；①當(dāng)i＞0時(shí)，Ui≥C且Ui-1＜C，則示向度θθ=360iN-arcsin(Ui-CA)]]>②當(dāng)i＝0時(shí)，Ui≥C且UN-1＜C，則示向度θθ=360-arcsin(Ui-CA)]]>4)示向度θ標(biāo)定設(shè)通過上述流程得到的θ＝a，當(dāng)|a|＜|a+180|時(shí)，(θ-a)是真正的示向度；當(dāng)|a|＞|a+180|時(shí)，(θ-a-180)是真正的示向度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用多普勒效應(yīng)確定無線電信號(hào)來波示向度的方法，是一種用相位法完成無線電測向的信息處理方法，屬于無線電測向領(lǐng)域。本多普勒測向系統(tǒng)的電子開關(guān)切換到天線陣的每個(gè)天線陣子時(shí)，系統(tǒng)都能從A/D轉(zhuǎn)換器同步得到1個(gè)數(shù)字量，系統(tǒng)程序利用天線切換一周得到的數(shù)字量可以計(jì)算出跟多普勒頻移相關(guān)的正弦量的幅度、相位，從而可以計(jì)算出無線電來波的示向度。本發(fā)明提供的多普勒無線電測向方法可以減小來波示向度的計(jì)算誤差，系統(tǒng)適應(yīng)性較好。
文檔編號(hào)G01S3/14GK101038333SQ200710065410
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者賽景波, 雷飛, 高領(lǐng)福, 賽卓男, 閆慧蘭 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)