專利名稱:一種多基線相位搜索式二維空間譜測(cè)向方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及測(cè)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(cè)向方法,用于二維空間譜的到達(dá)角的估計(jì)。
背景技術(shù):
隨著陣列信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展,無源定位技術(shù)對(duì)于測(cè)向算法的要求也越來越高。測(cè)向算法按其原理不同可分為比幅法測(cè)向、相位法測(cè)向、幅相結(jié)合法測(cè)向、時(shí)差測(cè)向、空間譜估計(jì)測(cè)向等。相位法測(cè)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?cè)陔娮訉?duì)抗、輻射源定位等領(lǐng)域中已獲得廣泛應(yīng)用。
相位法測(cè)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(xiàn)1[諶麗,陳吳,肖先賜,“五元均勻圓陣干涉儀加權(quán)測(cè)向算法及解相位模糊的條件”,《電子對(duì)抗》,2004,(1) 8 12]提出的五元均勻圓陣干涉儀加權(quán)測(cè)向算法、文獻(xiàn)2 [陳旗,黃高明,宋士瓊,“九元均勻圓陣干涉儀測(cè)向體制中圓陣的設(shè)計(jì)研究”,中國電子學(xué)會(huì)電子對(duì)抗分會(huì)第十四屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2005,(1) :717 721]提出的九元均勻圓陣干涉儀測(cè)向體制中圓陣的設(shè)計(jì)問題等?,F(xiàn)有的多基線相位干涉儀測(cè)向技術(shù)需要以適當(dāng)方法求得任意兩天線接收信號(hào)的相位差并對(duì)其解模糊,然后通過反三角函數(shù)運(yùn)算得到信號(hào)入射角。當(dāng)外部電磁環(huán)境惡劣而導(dǎo)致相位差計(jì)算誤差較大或基線解模糊偏差較大時(shí),會(huì)嚴(yán)重影響DOA估計(jì)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(hào)入射時(shí),相位干涉儀測(cè)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(hào)同時(shí)出現(xiàn)時(shí),上述各種方法均將失效?;诙嘀匦盘?hào)分類的空間譜估計(jì)(MUSIC)方法能應(yīng)付此類情況,但計(jì)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(cè)向方法,該方法兼顧測(cè)向精度和可靠性、能夠應(yīng)對(duì)同頻/非同頻多源多徑信號(hào)情況的測(cè)向。
本發(fā)明提供的一種多基線相位搜索式二維空間譜測(cè)向方法,首先構(gòu)造陣列流型, 然后計(jì)算各基線上兩個(gè)天線接收信號(hào)的互相關(guān),并對(duì)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(jìn)行二維搜索,得到信號(hào)入射角。
本發(fā)明利用多條基線上的天線接收信號(hào)構(gòu)造空間譜函數(shù),然后在平面上進(jìn)行二維搜索,最終可以得到單信號(hào)、同頻/非同頻多信號(hào)的測(cè)向結(jié)果。本方法具有以下特占.^ \\\ ·
(1)方法簡單,易于實(shí)現(xiàn),不需要專門的相位解模糊過程,測(cè)向精度高;
(2)不受信號(hào)入射角分布區(qū)域局限,能夠估計(jì)任意方向的信號(hào)到達(dá)角;
(3)受天線陣外部環(huán)境影響小,能夠?qū)崿F(xiàn)單信號(hào)、同頻/非同頻的多源多徑信號(hào)的二維測(cè)向,克服了一般相位法測(cè)向技術(shù)無法處理同頻多信號(hào)測(cè)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(shí)現(xiàn);同時(shí),由于直接利用接收信號(hào)快拍構(gòu)造空間譜,不需要反三角函數(shù)運(yùn)算來得到相位差和信號(hào)入射角,即使在相位差出現(xiàn)高誤差的情況下也不會(huì)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(duì)信源個(gè)數(shù)和環(huán)境因素的影響,在同頻/非同頻多源多徑信號(hào)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(cè)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(shí)施方式
下面結(jié)合附圖來闡述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
本發(fā)明方法對(duì)于單個(gè)入射信號(hào)或多源多徑入射信號(hào)均利用各個(gè)天線接收到的信號(hào)直接構(gòu)造基于相位搜索的二維空間譜函數(shù),對(duì)來波信號(hào)進(jìn)行二維波達(dá)方向估計(jì),再通過使用多條基線上的多個(gè)天線的接收信號(hào)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(hào)的到達(dá)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(cè)向方法,包括以下實(shí)施步驟
(1)構(gòu)造陣列流型
本發(fā)明對(duì)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(hào)的波長相近似(其中,最短基線的長度小于接收信號(hào)的半波長);另一方面,天線陣中任意兩個(gè)天線形成的基線不能全部平行。例如,由5個(gè)天線、8個(gè)天線、9個(gè)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(jì)算各基線上兩個(gè)天線接收采樣得到的信號(hào)的互相關(guān),并對(duì)每根基線構(gòu)造空間譜函數(shù);
對(duì)于單個(gè)入射信號(hào)s (η)的情況,第ρ個(gè)天線接收采樣得到的復(fù)信號(hào)為
權(quán)利要求
1.一種多基線相位搜索式二維空間譜測(cè)向方法,首先構(gòu)造陣列流型,然后計(jì)算各基線上兩個(gè)天線接收信號(hào)的互相關(guān),并對(duì)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(jìn)行二維搜索,得到信號(hào)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(cè)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(hào)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(cè)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(cè)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(gè)數(shù),η為接收采樣獲得數(shù)據(jù)的序號(hào),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(gè)、第q個(gè)天線實(shí)際接收采樣得到的復(fù)信號(hào),“*”表示求復(fù)數(shù)的共扼運(yùn)算,e表示自然對(duì)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(cè)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(gè)天線所接收采樣得到的信號(hào)構(gòu)造出一個(gè)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(cè)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(duì)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(cè)向方法,其特征在于, 所述二維搜索是指對(duì)所得到的二維的總空間譜函數(shù)^(化妁進(jìn)行描點(diǎn),并作出關(guān)于 (化隊(duì)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(duì)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(cè)向方法,其特征在于, 所述二維搜索是指對(duì)所得到的二維的總空間譜函數(shù)FV(代妁進(jìn)行描點(diǎn),并作出關(guān)于 (乂隊(duì)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(duì)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(cè)向方法。它以多基線相位干涉儀測(cè)向算法為基礎(chǔ),針對(duì)各基線相位差與來波方向到達(dá)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(jìn)行測(cè)向。本發(fā)明提出了一種新穎的利用相位干涉儀法進(jìn)行測(cè)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(jìn)行二維搜索得到入射信號(hào)的方向。本發(fā)明是一種二維測(cè)向方法,能實(shí)現(xiàn)包括多源多徑信號(hào)的入射方向的二維測(cè)量,有效避免由于各通道幅相誤差而導(dǎo)致測(cè)向方法失靈的情況。
文檔編號(hào)G01S3/14GK102540138SQ20111038439
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:華中科技大學(xué)