基于協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息的天線指向感知方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息的天線指向感知方法，屬于電磁波導(dǎo)航、信號(hào)參數(shù)估計(jì)領(lǐng)域，本發(fā)明先確定出各協(xié)同源波結(jié)構(gòu)向量及信號(hào)源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣；然后通過(guò)以極化敏感的電磁矢量傳感器中的1個(gè)天線單元接收協(xié)同源中的移相鍵控信號(hào)，得出各信號(hào)的極化橢圓傾角；根據(jù)信號(hào)源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣及其極化橢圓傾角，求得各信號(hào)波達(dá)向量與天線指向的夾角；根據(jù)各信號(hào)的極化橢圓傾角和各信號(hào)波達(dá)向量與天線指向的夾角，將接收機(jī)坐標(biāo)系下天線指向向量轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)源波結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，再轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)系，完成接收機(jī)天線指向感知。本發(fā)明可替代磁航向傳感器、重力向傳感器、尋北儀等傳感器，也可用于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)航向\姿態(tài)測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息的天線指向感知方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種信號(hào)源空間參數(shù)感知方法，尤其涉及一種基于協(xié)同源電磁波空間 結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息的接收機(jī)天線指向感知方法，屬于導(dǎo)航、信號(hào)參數(shù)估計(jì)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁航向傳感器易受干擾，精度低，適用環(huán)境受限。尋北儀測(cè)量速度慢，在運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 上使用的尋北儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及慣導(dǎo)傳感器。適用于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的重力傳感器也涉及慣導(dǎo)傳 感器。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)航向、姿態(tài)信息大多從慣導(dǎo)傳感器融合其他信息獲取。目前使用的運(yùn)動(dòng)平 臺(tái)航向、姿態(tài)信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量體積大，耗費(fèi)能量，故障率高。而發(fā)展中的微型慣導(dǎo)測(cè) 量精度不高。
[0003] 在某些航空航天應(yīng)用領(lǐng)域?qū)较?、姿態(tài)導(dǎo)航有特殊的要求，如測(cè)量速度快，精度 高，體積、質(zhì)量、能耗小，抗大加速，抗輻射，抗極端溫度，抗震動(dòng)等。這些要求使得航向、航姿 導(dǎo)航設(shè)備成本很高。
[0004] 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)目前包括GPS、GLONASS、北斗和GALILEO,衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)一般為 碼分多址或頻分多址源，國(guó)內(nèi)外都研究在地球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收端，利用多點(diǎn)接收，三角計(jì) 算的方法感知姿態(tài)。缺點(diǎn)是體積大、精度低、系統(tǒng)復(fù)雜、速度慢，影響了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。 衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)收到的電磁波包含了多個(gè)衛(wèi)星波結(jié)構(gòu)空間信息，這些信息與接收平臺(tái)航 向、姿態(tài)信息具有密切關(guān)聯(lián)性，由波結(jié)構(gòu)空間信息轉(zhuǎn)化為接收平臺(tái)航向、姿態(tài)信息，信息的 利用直接高效，不受飛行平臺(tái)航向、姿態(tài)及其運(yùn)動(dòng)影響。傳統(tǒng)的波空間參數(shù)估計(jì)需用陣列天 線，這種天線就是多點(diǎn)接收信號(hào)。
[0005] ΜΜ0技術(shù)綜合利用多發(fā)射源和接收元協(xié)同產(chǎn)生的空、時(shí)、頻、極化信息，優(yōu)化系統(tǒng) 性能，成為研究熱點(diǎn)。協(xié)同源導(dǎo)航測(cè)控也出現(xiàn)新動(dòng)向，衛(wèi)星、飛機(jī)、艦船、車(chē)輛等運(yùn)動(dòng)平臺(tái)載 協(xié)同源信號(hào)處理技術(shù)使得系統(tǒng)通信能力和可靠性大幅提高。
[0006] 建立協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息，使得多個(gè)信號(hào)源空間參數(shù)信息都對(duì)基準(zhǔn)源 空間參數(shù)估計(jì)產(chǎn)生作用。這為減少運(yùn)動(dòng)平臺(tái)接收元數(shù)量提供了理論基礎(chǔ)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種能夠通過(guò)單天線接 收導(dǎo)航信號(hào)，實(shí)現(xiàn)接收機(jī)天線指向感知的基于協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息的天線指向 單接收元感知方法。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān) 聯(lián)信息的天線指向感知方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :根據(jù)協(xié)同源先驗(yàn)信息或協(xié)同源傳遞信息，計(jì)算地理坐標(biāo)系下各協(xié)同源空 間參數(shù)，確定各協(xié)同源波結(jié)構(gòu)向量及信號(hào)源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣；
[0010] 步驟2 :以極化敏感的電磁矢量傳感器中的1個(gè)天線單元接收協(xié)同源中的移相鍵 控信號(hào)，根據(jù)所述信號(hào)相位偏移變化，計(jì)算出各信號(hào)的極化橢圓傾角；
[0011] 步驟3 :根據(jù)信號(hào)源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣和各信號(hào)的極化橢圓傾角，求得各 信號(hào)波達(dá)向量與天線指向的夾角；
[0012] 步驟4:根據(jù)各信號(hào)的極化橢圓傾角和各信號(hào)波達(dá)向量與天線指向的夾角，將接 收機(jī)坐標(biāo)系下天線指向向量轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)源波結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，再轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)系，完成接收 機(jī)天線指向感知。
[0013] 本發(fā)明提供的基于協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息的天線指向感知方法，相比現(xiàn) 有技術(shù)，具有以下有益效果：
[0014] 1)綜合利用信號(hào)源波結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息，能降低接收端天線陣元數(shù)量。僅利用電磁矢 量傳感器中單接收單元在單接收點(diǎn)接收導(dǎo)航信號(hào)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)單點(diǎn)接收，有別于需多點(diǎn)測(cè)量 的三角計(jì)算法，系統(tǒng)可微型化。
[0015] 2)此功能可用于目標(biāo)識(shí)別，信號(hào)抗干擾，防欺騙。
[0016] 3)利用現(xiàn)有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（目前包括GPS、GL0NASS、北斗和GALILEO)導(dǎo)航信 號(hào)，或測(cè)控信號(hào)，僅在接收端進(jìn)行信號(hào)處理，就可實(shí)現(xiàn)天線方向估計(jì)，可替代磁航向傳感器、 重力向傳感器、尋北儀等傳感器，也可用于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)航向\姿態(tài)測(cè)量。可安裝在車(chē)輛、艦船、 飛行器等平臺(tái)，使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)增加了航向、姿態(tài)測(cè)量功能（利用0FDM克服多徑干擾），為智能 化現(xiàn)代交通打下了基礎(chǔ)；
[0017] 4)航向、姿態(tài)測(cè)量能與測(cè)控導(dǎo)航系統(tǒng)集成為一體，適宜微型飛行器（MAV，Micro Air Vehicles)使用；
[0018] 5)電磁波作為火箭、導(dǎo)彈或炮彈的航向、姿態(tài)信息源，具有耐大加速度和惡劣環(huán)境 的特點(diǎn)，本發(fā)明適用于科研試驗(yàn)和軍事訓(xùn)練的靶機(jī)以及試驗(yàn)導(dǎo)彈，能有效降低作為易耗品 飛行器的成本；
[0019] 6)移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)經(jīng)稍許改造，就可用本方法，本方法還能應(yīng)用在建 筑、采礦、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域；
[0020] 7)本發(fā)明也可與慣導(dǎo)融合使用，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0021] 8)本發(fā)明可無(wú)模糊確定地理坐標(biāo)系下接收機(jī)天線指向。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為極化電磁波橢圓狀旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)波結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系示意圖；
[0023] 圖2為電磁矢量傳感器接收單元示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行說(shuō)明。
[0025] 本發(fā)明源于ΜΜ0思想，即在空、時(shí)、頻、極化域綜合利用多發(fā)射源和接收元的協(xié)同 作用優(yōu)化系統(tǒng)性能。
[0026] 首先介紹電磁矢量傳感器接收信號(hào)模型，接收天線安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，為電 磁矢量傳感器的一個(gè)接收單元。第η個(gè)電磁波信號(hào)沿-11"方向傳播，如圖1(a)所示， η = 0, 1,2, "·，Ν-1。電磁波空間到達(dá)方向用參量表示，其中θη表示仰角，^ 表示方位角，-π /2彡θ n彡ji /2,一露〈釋?duì)?S露，則圖1 (a)矢量i ，

【權(quán)利要求】
1. 一種基于協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息的天線指向感知方法，其特征在于，包括 以下步驟： 步驟1 :根據(jù)協(xié)同源先驗(yàn)信息或協(xié)同源傳遞信息，計(jì)算地理坐標(biāo)系下各協(xié)同源空間參 數(shù)，確定各協(xié)同源波結(jié)構(gòu)向量及信號(hào)源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣； 步驟2 :以極化敏感的電磁矢量傳感器中的1個(gè)天線單元接收協(xié)同源中的移相鍵控信 號(hào)，根據(jù)所述信號(hào)相位偏移變化，計(jì)算出各信號(hào)的極化橢圓傾角； 步驟3 :根據(jù)信號(hào)源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣和各信號(hào)的極化橢圓傾角，求得各信號(hào) 波達(dá)向量與天線指向的夾角； 步驟4:根據(jù)各信號(hào)的極化橢圓傾角和各信號(hào)波達(dá)向量與天線指向的夾角，將接收機(jī) 坐標(biāo)系下天線指向向量轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)源波結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，再轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)系，完成接收機(jī)天 線指向感知。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息的天線指向感知方法， 其特征在于：在步驟1中，所述協(xié)同源為極化橢圓率已知的極化信號(hào)，接收點(diǎn)通過(guò)頻分、碼 分、時(shí)分或者混合方法區(qū)分不同信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息的天線指向感知方法， 其特征在于：在步驟1中，協(xié)同源的個(gè)數(shù)至少2個(gè)以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于協(xié)同源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息的天線指向感知方法， 其特征在于：在第二步中所述天線單元為極化敏感的電磁矢量傳感器中的短偶極子天線或 磁環(huán)天線。
5. -種基于權(quán)利要求1所述的確定各協(xié)同源波結(jié)構(gòu)向量的方法，其特征在于：根據(jù)協(xié) 同源先驗(yàn)信息或協(xié)同源傳遞信息，計(jì)算地理坐標(biāo)系下各協(xié)同源空間參數(shù)，確定各協(xié)同源波 結(jié)構(gòu)向量。
6. -種基于權(quán)利要求1所述的確定信號(hào)源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣的方法，其特征在 于：根據(jù)協(xié)同源先驗(yàn)信息或協(xié)同源傳遞信息，計(jì)算地理坐標(biāo)系下各協(xié)同源空間參數(shù)，確定信 號(hào)源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣。
7. -種基于權(quán)利要求1所述的各信號(hào)的極化橢圓傾角求解方法，其特征在于：以極化 敏感的電磁矢量傳感器中的1個(gè)天線單元接收協(xié)同源中的移相鍵控信號(hào)，根據(jù)所述信號(hào)相 位偏移變化，計(jì)算出各信號(hào)的極化橢圓傾角。
8. -種基于權(quán)利要求1所述的各信號(hào)波達(dá)向量與天線指向的夾角的求解方法，其特征 在于，包括以下步驟： 步驟1 :根據(jù)協(xié)同源先驗(yàn)信息或協(xié)同源傳遞信息，計(jì)算地理坐標(biāo)系下各協(xié)同源空間參 數(shù)，確定各協(xié)同源波結(jié)構(gòu)向量及信號(hào)源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣； 步驟2 :以極化敏感的電磁矢量傳感器中的1個(gè)天線單元接收協(xié)同源中的移相鍵控信 號(hào)，根據(jù)所述信號(hào)相位偏移變化，計(jì)算出各信號(hào)的極化橢圓傾角； 步驟3 :根據(jù)信號(hào)源電磁波空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣和各信號(hào)的極化橢圓傾角，求得各信號(hào) 波達(dá)向量與天線指向的夾角。
【文檔編號(hào)】G01S3/02GK104050362SQ201410247744
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】陳廣東, 孫紅梅, 陳智, 王雪孟 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)