本發(fā)明涉及無線電測向技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說涉及一種最優(yōu)化比幅無線電測向方法。
背景技術(shù)：
一方面，社會的發(fā)展促使無線電事業(yè)迅速發(fā)展，無線電測向技術(shù)作為無線電監(jiān)測、技術(shù)偵查和電子對抗的一項重要的技術(shù)手段，已得到業(yè)界越來越多的關(guān)注。根據(jù)測向原理的不同，測向體制可分為幅度法、相位法、多普勒法、時間差法和空間譜估計法等。
幅度法測向系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而被廣泛運用于無線電測向領(lǐng)域。幅度法按幅度信息利用方式的不同，可細分為最大信號法（也稱大音點法）、最小信號法（也稱小音點法）和幅度比較法；按接收通道數(shù)量的不同，可細分為單通道和多通道兩種；按接收天線數(shù)量的不同，可細分為單天線和多天線兩種。對于多通道幅度法測向系統(tǒng)，系統(tǒng)要求每個波束天線和其接收通路都有著嚴格一致的幅度特性；而基于單接收通道的幅度法測向系統(tǒng)降低了各通道幅度特性不一致對系統(tǒng)測向性能的影響，其測向精度可得到大幅度提高，但時效性不如多通道幅度法測向系統(tǒng)。
目前已有的幅度法測向技術(shù)分別具有以下缺陷：
1、最大信號法測向雖然測向靈敏度高，但測向精確度不高，測向速度慢。因為一方面，定向天線的方向圖在最大增益角度附近變化平緩，對角度變化不敏感；另一方面，需要大量的天線方位角-信號強度數(shù)據(jù)對，才能得出最大信號所在的天線方位角。
2、最小信號法雖然測向精確度較高，但測向靈敏度不高，測向速度慢。因為一方面，定向天線的方向圖在最小增益角度附近變化陡峭，但此處天線增益低；另一方面，需要大量的天線方位角-信號強度數(shù)據(jù)對，才能得出最大信號所在的天線方位角。
3、已有的幅度比較法，幅度的比較由電路實現(xiàn)，對部件的一致性要求高，調(diào)試難度大，且只能進行實時測向。
第二方面，隨著無線電技術(shù)的迅猛發(fā)展，高速跳頻、擴頻、時分復用、復雜調(diào)制等新技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用，短脈沖信號、掃頻干擾等各種低截獲概率信號日益增多，利用傳統(tǒng)技術(shù)手段進行無線電信號監(jiān)測面臨諸多困難，難以對瞬態(tài)信號和不同瞬時發(fā)射概率的同頻信號進行測向。而數(shù)字熒光頻譜技術(shù)合理解決快速傅里葉變換（FFT）頻譜速度快而人眼觀察速度有限的瞬時頻譜幅度分布頻次分析顯示技術(shù)，可以在瞬時間內(nèi)累積大量的頻譜圖，累積效果用位圖顏色顯示，顏色對應(yīng)規(guī)則一般是紅色、橙色、黃色等暖色表明發(fā)生頻次（即出現(xiàn)概率）較高，黑色、藍色、淺藍色等冷色表明發(fā)生頻次較低，還可以使用其它幅度等級方案。這樣就能將快速的、隱秘的信號變化過程用瞬時頻譜幅度分布頻次的形式展現(xiàn)出來，能夠偵測各種瞬態(tài)信號、同頻信號，滿足復雜電磁環(huán)境下的無線電監(jiān)測工作需要。典型的產(chǎn)品有美國泰克公司生產(chǎn)的H500/H600型便攜式實時頻譜分析儀和RSA6100A系列實時頻譜分析儀、德國羅德與施瓦茨公司生產(chǎn)ESMD型監(jiān)測接收機、美國是德科技公司生產(chǎn)的9020/9030型頻譜分析儀配置RTSA選件等等。利用數(shù)字熒光頻譜數(shù)據(jù)進行測向，就能夠解決瞬態(tài)信號和不同瞬時發(fā)射概率的同頻信號的測向難題，但傳統(tǒng)的測向方法大都不適用數(shù)字熒光頻譜。成都點陣科技有限公司對此作了有益的探索，2011年將數(shù)字熒光頻譜技術(shù)用于其DZM-80型便攜式監(jiān)測測向系統(tǒng)中，震驚美國，導致美國泰克公司的H600型實時頻譜儀對中國的禁運。從本質(zhì)上說，成都點陣科技有限公司當時采用的仍然是最大信號法，申請了申請?zhí)枮?01110209773.7的“利用瞬時頻譜幅度分布頻次數(shù)據(jù)的無線電測向方法”發(fā)明專利，由于在主權(quán)利項表述得創(chuàng)新性不夠，未獲得專利權(quán)。
第三方面，最優(yōu)化方法也稱做運籌學方法，是近幾十年形成的，它主要運用數(shù)學方法研究各種系統(tǒng)的優(yōu)化途徑及方案，目的在于針對所研究的系統(tǒng)，求得一個合理運用各子系統(tǒng)能力的最佳方案，發(fā)揮和提高系統(tǒng)的效能及效益，最終達到系統(tǒng)的最優(yōu)目標。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、商業(yè)、國防、建筑、通信、政府機關(guān)等各部門各領(lǐng)域的實際工作中，人們經(jīng)常會遇到求函數(shù)的極值或最大值最小值問題，這一類問題就是最優(yōu)化問題，而求解最優(yōu)化問題的數(shù)學方法被稱為最優(yōu)化方法，它主要解決最優(yōu)生產(chǎn)計劃、最優(yōu)分配、最佳設(shè)計、最優(yōu)決策、最優(yōu)管理等求函數(shù)最大值、最小值問題，包括線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃和智能優(yōu)化方法等。但迄今尚未用于無線電測向領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明將最優(yōu)化方法引入無線電測向領(lǐng)域，提供了最優(yōu)化比幅無線電測向方法，本發(fā)明采用已知方向特征的定向天線在多個明顯不同的方位角上接收無線電信號，并對接收到的無線電信號進行處理，通過最優(yōu)化方法進行測向。本發(fā)明的發(fā)明目的在于：找到一種兼有高靈敏度、高精確度，對部件的一致性要求不高，能實現(xiàn)寬帶多頻同時測向，也能實現(xiàn)熒光頻譜測向的測向方法。
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
最優(yōu)化比幅無線電測向方法，其特征在于：包括如下步驟：
數(shù)據(jù)獲取步驟：通過已知方向特征且定單向的定向天線，在不少于3個明顯不同的方位角進行測試，獲取天線方位角和對應(yīng)的信號強度數(shù)據(jù)；
建模步驟：進行最優(yōu)化建模，以無線電信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率、特定瞬時概率的實測信號強度與根據(jù)天線方向特性計算的信號強度之間的偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；
測向計算步驟：通過最優(yōu)化算法進行計算，求解特定頻率上的信號來波方向，得到偏差累計量最小的信號方位角即是信號來源方向。
定向天線在不少于3個明顯不同的方位角進行測試，具體是指：通過旋轉(zhuǎn)一付已知方向特征且定單向的定向天線，獲取不少于3個明顯不同方位角的信號強度數(shù)據(jù);所述定向天線進行測量的方位角的數(shù)量N滿足N≥CEIL（360÷S），且N≥3，任意2個相鄰方位的夾角不大于S，其中S表示定向天線的主波束寬度。
定向天線在不少于3個明顯不同的方位角進行測試，具體是指：通過至少3付已知方向特征且定單向的定向天線設(shè)置在不同的方位角上；定向天線的數(shù)量滿足N≥CEIL（360÷），且N≥3，表示多付天線主波束寬度的平均值。
多付定向天線不相同，任意相鄰兩方位角之間的夾角不大于相鄰定向天線主波束寬度的平均值。
多付定向天線相同，任意相鄰兩方位角之間的夾角不大于定向天線主波束寬度。
所述無約束非線性規(guī)劃模型為最小二乘法模型或最小距離法模型。
所述最小距離法模型為最小曼哈頓距離模型、最小歐式距離模型或最小切比雪夫距離模型。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所帶來的有益的技術(shù)效果表現(xiàn)在：
1、本發(fā)明的測向方法，以信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率上特定瞬時概率的實測信號強度與根據(jù)定向天線的天線特性推算的信號強度之間偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；并通過微處理器進行最優(yōu)化計算，求解特定頻率上的信號來波方向，使得偏差累積量最小的信號方位角即是信號來波方向，實現(xiàn)了無線電信號的實時測向，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明方法的效果表現(xiàn)在：首創(chuàng)利用數(shù)字熒光頻譜的固定天線無線電測向，解決了瞬態(tài)信號和同頻信號的快速測向問題。傳統(tǒng)的固定天線無線電測向方法，包括幅度比較法、相位法、多普勒法、時間差法和空間譜估計法等，利用電子線路實現(xiàn)，無法利用數(shù)字熒光頻譜數(shù)據(jù)，也就無法實現(xiàn)固定天線無線電測向。本發(fā)明的測向方法，在微處理器中以最優(yōu)化方法進行測向運算，所以能夠?qū)崿F(xiàn)利用數(shù)字熒光頻譜的固定天線無線電測向。
2、本發(fā)明公開的測向方法可以達到實時測向，本發(fā)明的測向方法兼有最大信號法、最小信號法和已有幅度比較法的優(yōu)點，充分利用了定向天線的所有方向特性，測向靈敏度高，測向精確度也高，而且對部件的一致性要求不高；為最優(yōu)化計算提供數(shù)據(jù)支撐，不僅能夠?qū)崟r測向，也能夠利用存儲的數(shù)據(jù)事后測向。
具體實施方式
實施例1
作為本發(fā)明一較佳實施例，本實施例公開了：
最優(yōu)化比幅無線電測向方法，包括如下步驟：
數(shù)據(jù)獲取步驟：通過已知方向特征且定單向的定向天線，在不少于3個明顯不同的方位角進行測試，獲取天線方位角和對應(yīng)的信號強度數(shù)據(jù)；
建模步驟：進行最優(yōu)化建模，以無線電信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率、特定瞬時概率的實測信號強度與根據(jù)天線方向特性計算的信號強度之間的偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；
測向計算步驟：通過最優(yōu)化算法進行計算，求解特定頻率上的信號來波方向，得到偏差累計量最小的信號方位角即是信號來源方向。
實施例2
作為本發(fā)明又一較佳實施例，本實施例公開了：
最優(yōu)化比幅無線電測向方法，包括如下步驟：
數(shù)據(jù)獲取步驟：通過已知方向特征且定單向的定向天線，在不少于3個明顯不同的方位角進行測試，獲取天線方位角和對應(yīng)的信號強度數(shù)據(jù)；
建模步驟：進行最優(yōu)化建模，以無線電信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率、特定瞬時概率的實測信號強度與根據(jù)天線方向特性計算的信號強度之間的偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；
測向計算步驟：通過最優(yōu)化算法進行計算，求解特定頻率上的信號來波方向，得到偏差累計量最小的信號方位角即是信號來源方向；
在本實施例中，定向天線在不少于3個明顯不同的方位角進行測試，具體是指：通過旋轉(zhuǎn)一付已知方向特征且定單向的定向天線，獲取不少于3個明顯不同方位角的信號強度數(shù)據(jù)；定向天線旋轉(zhuǎn)的天線方位角的夾角不大于定向天線的主波束寬度;
如果以一付的定向天線通過旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)，不必轉(zhuǎn)滿360°，可以缺省定向天線主波束寬度和120°兩者中的最小值，就能夠準確測向。
實施例3
作為本發(fā)明又一較佳實施例，本實施例公開了：
最優(yōu)化比幅無線電測向方法，包括如下步驟：
數(shù)據(jù)獲取步驟：通過已知方向特征且定單向的定向天線，在不少于3個明顯不同的方位角進行測試，獲取天線方位角和對應(yīng)的信號強度數(shù)據(jù)；
建模步驟：進行最優(yōu)化建模，以無線電信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率、特定瞬時概率的實測信號強度與根據(jù)天線方向特性計算的信號強度之間的偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；
測向計算步驟：通過最優(yōu)化算法進行計算，求解特定頻率上的信號來波方向，得到偏差累計量最小的信號方位角即是信號來源方向；
在本實施例中，定向天線在不少于3個明顯不同的方位角進行測試，具體是指：通過至少3付已知方向特征且定單向的定向天線設(shè)置在不同的方位角上；定向天線的數(shù)量滿足N≥CEIL（360÷），且N≥3，表示多付天線主波束寬度的平均值。
當多付定向天線不相同時，任意相鄰兩方位角之間的夾角不大于相鄰定向天線主波束寬度的平均值。
當多付定向天線相同時，任意相鄰兩方位角之間的夾角不大于定向天線主波束寬度。
實施例4
作為本發(fā)明又一較佳實施例，本實施例公開了：
最優(yōu)化比幅無線電測向方法，包括如下步驟：
數(shù)據(jù)獲取步驟：通過已知方向特征且定單向的定向天線，在不少于3個明顯不同的方位角進行測試，獲取天線方位角和對應(yīng)的信號強度數(shù)據(jù)；
建模步驟：進行最優(yōu)化建模，以無線電信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率、特定瞬時概率的實測信號強度與根據(jù)天線方向特性計算的信號強度之間的偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；
測向計算步驟：通過最優(yōu)化算法進行計算，求解特定頻率上的信號來波方向，得到偏差累計量最小的信號方位角即是信號來源方向；
在本實施例中，定向天線在不少于3個明顯不同的方位角進行測試，具體是指：通過至少3付已知方向特征且定單向的定向天線設(shè)置在不同的方位角上；定向天線的數(shù)量滿足N≥CEIL（360÷），且N≥3，表示多付天線主波束寬度的平均值；
當多付定向天線不相同時，任意相鄰兩方位角之間的夾角不大于相鄰定向天線主波束寬度的平均值；
當多付定向天線相同時，任意相鄰兩方位角之間的夾角不大于定向天線主波束寬度；
所述無約束非線性規(guī)劃模型為最小二乘法模型，也可以是最小距離法模型；
當采用最小距離法模型時，又可以細分為最小曼哈頓距離模型，也可以是最小歐式距離模型，還可以是最小切比雪夫距離模型。