專利名稱：一種多基線相位搜索式二維空間譜測向方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測向技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，用于二維空間譜的到達角的估計。
背景技術(shù)：
隨著陣列信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，無源定位技術(shù)對于測向算法的要求也越來越高。測向算法按其原理不同可分為比幅法測向、相位法測向、幅相結(jié)合法測向、時差測向、空間譜估計測向等。相位法測向中應(yīng)用最廣泛的是多基線相位干涉儀技術(shù)和多基線相關(guān)干涉儀技術(shù)，它們在電子對抗、輻射源定位等領(lǐng)域中已獲得廣泛應(yīng)用。
相位法測向技術(shù)發(fā)展到如今已經(jīng)形成許多成熟的方法，如文獻1[諶麗，陳吳，肖先賜，“五元均勻圓陣干涉儀加權(quán)測向算法及解相位模糊的條件”，《電子對抗》，2004，(1) 8 12]提出的五元均勻圓陣干涉儀加權(quán)測向算法、文獻2 [陳旗，黃高明，宋士瓊，“九元均勻圓陣干涉儀測向體制中圓陣的設(shè)計研究”，中國電子學(xué)會電子對抗分會第十四屆學(xué)術(shù)年會論文集，2005，(1) :717 721]提出的九元均勻圓陣干涉儀測向體制中圓陣的設(shè)計問題等。現(xiàn)有的多基線相位干涉儀測向技術(shù)需要以適當(dāng)方法求得任意兩天線接收信號的相位差并對其解模糊，然后通過反三角函數(shù)運算得到信號入射角。當(dāng)外部電磁環(huán)境惡劣而導(dǎo)致相位差計算誤差較大或基線解模糊偏差較大時，會嚴重影響DOA估計的精度甚至出現(xiàn)方法失效的情況發(fā)生。此外，在非同頻多源信號入射時，相位干涉儀測向算法必須改為相位譜(互相關(guān)譜)干涉儀算法才能避免算法失靈的情況。但在同頻多源、多徑信號同時出現(xiàn)時，上述各種方法均將失效?；诙嘀匦盘柗诸惖目臻g譜估計(MUSIC)方法能應(yīng)付此類情況，但計算量很大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，該方法兼顧測向精度和可靠性、能夠應(yīng)對同頻/非同頻多源多徑信號情況的測向。
本發(fā)明提供的一種多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，首先構(gòu)造陣列流型， 然后計算各基線上兩個天線接收信號的互相關(guān)，并對每根基線構(gòu)造空間譜函數(shù)；最后構(gòu)造多基線的總空間譜函數(shù)，并進行二維搜索，得到信號入射角。
本發(fā)明利用多條基線上的天線接收信號構(gòu)造空間譜函數(shù)，然后在平面上進行二維搜索，最終可以得到單信號、同頻/非同頻多信號的測向結(jié)果。本方法具有以下特占.^ \\\ ·
(1)方法簡單，易于實現(xiàn)，不需要專門的相位解模糊過程，測向精度高；
(2)不受信號入射角分布區(qū)域局限，能夠估計任意方向的信號到達角；
(3)受天線陣外部環(huán)境影響小，能夠?qū)崿F(xiàn)單信號、同頻/非同頻的多源多徑信號的二維測向，克服了一般相位法測向技術(shù)無法處理同頻多信號測向的問題。
本發(fā)明與其它方法比較，不需要專門的相位解模糊過程，算法極易實現(xiàn)；同時，由于直接利用接收信號快拍構(gòu)造空間譜，不需要反三角函數(shù)運算來得到相位差和信號入射角，即使在相位差出現(xiàn)高誤差的情況下也不會出現(xiàn)算法完全失效的情況。最重要的還在于， 此算法能有效應(yīng)對信源個數(shù)和環(huán)境因素的影響，在同頻/非同頻多源多徑信號入射情況下仍可應(yīng)用。


圖1是多基線相位搜索式空間譜測向方法的流程圖2是構(gòu)造的第一種空間譜函數(shù)妁的三維空間譜圖3是構(gòu)造的第二種空間譜函數(shù)F’m(化妁的三維空間譜圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖來闡述本發(fā)明的具體實施方式
。
本發(fā)明方法對于單個入射信號或多源多徑入射信號均利用各個天線接收到的信號直接構(gòu)造基于相位搜索的二維空間譜函數(shù)，對來波信號進行二維波達方向估計，再通過使用多條基線上的多個天線的接收信號來構(gòu)造不同的空間譜函數(shù)并求其公共解，從而解決相位模糊、低信噪比和多源多徑等問題，以獲得入射信號的到達角度。
如圖1所示，本發(fā)明所公開的多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，包括以下實施步驟
(1)構(gòu)造陣列流型
本發(fā)明對于天線陣列流型的要求如下一方面要求天線之間的距離應(yīng)與需接收信號的波長相近似(其中，最短基線的長度小于接收信號的半波長)；另一方面，天線陣中任意兩個天線形成的基線不能全部平行。例如，由5個天線、8個天線、9個天線甚至更多天線構(gòu)成的均勻圓陣，都非常適合作為本發(fā)明所用的天線陣列。
(2)計算各基線上兩個天線接收采樣得到的信號的互相關(guān)，并對每根基線構(gòu)造空間譜函數(shù)；
對于單個入射信號s (η)的情況，第ρ個天線接收采樣得到的復(fù)信號為
權(quán)利要求
1.一種多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，首先構(gòu)造陣列流型，然后計算各基線上兩個天線接收信號的互相關(guān)，并對每根基線構(gòu)造空間譜函數(shù)；最后構(gòu)造多基線的總空間譜函數(shù)，并進行二維搜索，得到信號入射角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，其特征在于所述陣列流型要求天線之間的距離與需接收信號的波長相近似。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，其特征在于所述陣列流型中的天線構(gòu)成均勻圓陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，其特征在于每根基線按照下述方式構(gòu)造空間譜函數(shù)其中，N為接收采樣獲得數(shù)據(jù)的個數(shù)，η為接收采樣獲得數(shù)據(jù)的序號，Im( ·)表示求復(fù)數(shù)的虛部，汐，妁表示相位差，xp (n), xq (η)分別表示第P個、第q個天線實際接收采樣得到的復(fù)信號，“*”表示求復(fù)數(shù)的共扼運算，e表示自然對數(shù)，j為虛數(shù)單位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，其特征在于，按照下述方式構(gòu)造多基線的總空間譜函數(shù)&…，妁分別用每條基線上的兩個天線所接收采樣得到的信號構(gòu)造出一個二維空間譜函數(shù) ΡΧΘ,φ)，然后將這些空間譜函數(shù)相加組成多基線的總空間譜函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，其特征在于，按照下述方式構(gòu)造多基線的總空間譜函數(shù)將每條基線對應(yīng)的空間譜函數(shù)巧汐,妁的倒數(shù)相加組成另一種多基線總空間譜函數(shù)Ρ'Μ(θ,φ)ο
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，其特征在于， 所述二維搜索是指對所得到的二維的總空間譜函數(shù)^(化妁進行描點，并作出關(guān)于 (化隊Fm(化孫的三維空間譜圖，確定該三維空間譜圖中譜谷處所對應(yīng)的入射角度(W)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多基線相位搜索式二維空間譜測向方法，其特征在于， 所述二維搜索是指對所得到的二維的總空間譜函數(shù)FV(代妁進行描點，并作出關(guān)于 (乂隊Fm(仏孫的三維空間譜圖，確定該三維空間譜圖中譜峰處所對應(yīng)的入射角度(3\φ0ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多基線相位搜索式二維空間譜測向方法。它以多基線相位干涉儀測向算法為基礎(chǔ)，針對各基線相位差與來波方向到達角間的關(guān)系，構(gòu)造空間譜函數(shù)，利用二維搜索的方法獲得入射方向的角度進行測向。本發(fā)明提出了一種新穎的利用相位干涉儀法進行測向的方法，可以在各基線相位差未知的情況下直接通過構(gòu)造空間譜函數(shù)進行二維搜索得到入射信號的方向。本發(fā)明是一種二維測向方法，能實現(xiàn)包括多源多徑信號的入射方向的二維測量，有效避免由于各通道幅相誤差而導(dǎo)致測向方法失靈的情況。
文檔編號G01S3/14GK102540138SQ20111038439
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者朱超, 羅冶, 譚萍, 馬洪 申請人:華中科技大學(xué)