一種基于l型天線陣列的相位干涉儀測向裝置及解算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是雷達(dá)接收機(jī)及其信號處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于L型天線陣列 的相位干涉儀測向裝置及解算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有的測向體制中，相位干涉儀體制具有數(shù)據(jù)處理時間短、測向精度高、靈敏度 高等優(yōu)點，因而在許多軍事和民用領(lǐng)域中有著重要的地位。在軍事領(lǐng)域，可以用于對港口、 機(jī)場、導(dǎo)彈發(fā)射場等重要軍事目標(biāo)的雷達(dá)通訊設(shè)備實行偵查與監(jiān)測，針對性的電子干擾以 及精確制導(dǎo)打擊；而民用領(lǐng)域中，可以用于移動通信、天文觀測、氣象預(yù)測、災(zāi)害救援、無線 電頻譜管理等方面。
[0003] 在相位干涉儀測向方面，文獻(xiàn)《五通道相位干涉儀測向的研究和實現(xiàn)》主要針對均 勻五元圓形天線陣的測向算法進(jìn)行了仿真和硬件實現(xiàn)，《基于相位干涉儀測向算法的定位 技術(shù)研究》主要針對最小二乘測向算法進(jìn)行了仿真，《一種多基線相位干涉儀設(shè)計方法》主 要介紹一維干涉儀系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，均與本發(fā)明中相位干涉儀的硬件實現(xiàn)方式有別。專 利《一種基于查表法的圓陣相位干涉儀寬帶瞬時測向方法》是通過查表法來解決測向算法 中計算量大的問題，專利《基于CORDIC算法的無線信號測向方法》是利用MVDR算法來進(jìn)行 信號測量，專利《一種擴(kuò)展基線解模糊的相位干涉儀測向方法》和《一種基于虛擬基線的圓 陣相位干涉儀二維測向方法》分別采用擴(kuò)展基線法、虛擬基線法進(jìn)行測向，均與本發(fā)明中的 實現(xiàn)方式有別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于L型天線陣列的相位干涉儀測向裝置，本發(fā)明的目 的還在于提供一種基于L型天線陣列的相位干涉儀測向解算方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0006] 一種基于L型天線陣列的相位干涉儀測向裝置，其組成包括L型五元天線陣1、微 波前端2、中頻采樣單元3和基帶處理單元4,其中中頻采樣單元3包括了 5個通道的中頻 采樣模塊，基帶處理單元4包括了 FPGA和DSP兩個主要處理器，L型五元天線陣1接收來 自輻射源的射頻平面波信號，分別以方位角和俯仰角的形式入射到微波前端2,微波前端2 輸出5個通道的中頻信號到中頻采樣單元3中的5個通道的中頻采樣模塊，5個通道的中頻 采樣模塊輸出的數(shù)字量送到基帶處理單元4中的FPGA處理器，F(xiàn)PGA處理器與DSP處理器 之間通過地址線和數(shù)據(jù)線實現(xiàn)通信、控制與數(shù)字信號處理。
[0007] -種基于L型天線陣列的相位干涉儀測向解算方法，包括如下具體步驟：
[0008] 步驟1 :設(shè)置CORDIC算法模式選擇，令參數(shù)值m= 1，即選擇為矢量模式，反正弦函 數(shù)迭代過程的初值設(shè)置為：x。= 1/A n，y。= 0, z。= 0, c。= c，其中A n為畸變因子；
[0009] 步驟2 :輸入數(shù)據(jù)X，y的長度取為16位二進(jìn)制數(shù)，其中最高位是輸入數(shù)據(jù)的符 號位，剩下的位數(shù)作為數(shù)據(jù)位，在數(shù)據(jù)處理時用215來表示系統(tǒng)的輸入值1，按照公式Θ = arcsin(c)，其中Θ為入射角，Θ e [-30°，+30° ]，
，λ為入射平面波信號的 波長，夢為鑒相器輸出的相位差，L為基線的長度；
[0010] 步驟3 :迭代計算過程中使用的角度累加器采用4位十六進(jìn)制數(shù)表示，Θ跟ζ之間 的換算關(guān)系可以表示成：Z= θ/π Χ215;
[0011] 步驟4:解算中增加前后處理模塊，通過引入符號標(biāo)志位sig來解決輸入數(shù)據(jù)存在 負(fù)值的問題；
[0012] 步驟5 :移位運(yùn)算的位數(shù)將會隨級數(shù)的增高而增加，依照第一級流水線的形式構(gòu) 造出完整的流水線結(jié)構(gòu)，共用15級流水線；
[0013] 步驟6 :得到入射平面波信號角度信息，即Θ等于第15級流水線結(jié)構(gòu)輸出的ζη。
[0014] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0015] 本發(fā)明中的基于L型天線陣列的相位干涉儀測向解算方法是利用了 CORDIC算法 矢量模式下的流水線結(jié)構(gòu)并在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)測向解算，該方法大大減少了傳統(tǒng)的基于數(shù) 據(jù)查找表模式的測向解算對于存儲器單元的占用，優(yōu)化了系統(tǒng)硬件資源使用，同時流水線 結(jié)構(gòu)也保證了該測向裝置的測向解算實時性。
【附圖說明】
[0016] 圖1本發(fā)明的裝置組成框圖；
[0017] 圖2本發(fā)明的天線陣元擺放圖；
[0018] 圖3測向解算實現(xiàn)流程圖；
[0019] 圖4本發(fā)明的解算實現(xiàn)原理框圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合說明書附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實現(xiàn)方式。
[0021] 基于L型天線陣列的相位干涉儀測向裝置，其組成包括L型五元天線陣1、微波前 端2、中頻采樣單元3和基帶處理單元4。其中中頻采樣單元3包括了 5個通道的中頻采樣 模塊，基帶處理單元4包括了 FPGA和DSP兩個主要處理器。L型五元天線陣1接收來自輻 射源的射頻平面波信號，分別以方位角和俯仰角的形式入射到微波前端2,微波前端2輸出 5個通道的中頻信號到中頻采樣單元3中的5個通道的中頻采樣模塊，5個通道的中頻采樣 模塊輸出的數(shù)字量送到基帶處理單元4中的FPGA處理器，F(xiàn)PGA處理器與DSP處理器之間 通過地址線和數(shù)據(jù)線實現(xiàn)通信、控制與數(shù)字信號處理。其中，L型天線陣中選取陣元1和 陣元2組成方位面短基線L 12，選取陣元1和陣元3組成方位面長基線L13，陣元1和陣元4 組成俯仰面短基線L 14，陣元1和陣元5組成俯仰面長基線L15。根據(jù)相位干涉儀測向原理， 其相位法測角公式為：
[0023] 其中，Θ為入射角，λ為入射平面波信號的波長，供為長短基線通道鑒相器輸出 的相位差，L為基線的長度。不同的通道基線長度1^、1^ 13、1^14、1^15對應(yīng)得到不同的通道鑒相 器輸出的相位差釣2、Pu、禮、釣?。
[0024] 由于測角公式是反正弦函數(shù)形式的，不利于直接進(jìn)行硬件實現(xiàn)，所以引入了 CORDIC算法的實現(xiàn)方式，降低硬件實現(xiàn)的代價。CORDIC算法采用一種迭代的方式進(jìn)行計 算，并且只涉及加減運(yùn)算和移位操作，其結(jié)構(gòu)易于硬件實現(xiàn)。
[0025] 本發(fā)明基于L型天線陣列的相位干涉儀測向解算方法，包括：
[0026] 步驟1 :設(shè)置CORDIC算法模式選擇，令參數(shù)值m= 1，即選擇為矢量模式，反正弦函 數(shù)迭代過程的初值設(shè)置為：x。= 1/A n，y。= 0, ζ。= 0, c。= c，其中A η為畸變因子；
[0027] 步驟2 :輸入數(shù)據(jù)X，y的長度取為16位二進(jìn)制數(shù)，其中最高位是輸入數(shù)據(jù)的符 號位，剩下的位數(shù)作為數(shù)據(jù)位，在數(shù)據(jù)處理時用215來表示系統(tǒng)的輸入值1，按照公式Θ = arcsin (c)，其中
，.其中 Θ G [-30。，+30。];
[0028] 步驟3 :迭代計算過程中使用的角度累加器采用4位十六進(jìn)制數(shù)表示，Θ跟ζ之間 的換算關(guān)系可以表示成：ζ = θ/π X215;
[0029] 步驟4 :解算中增加前后處理模塊，通過引入符號標(biāo)志位Sig來解決輸入數(shù)據(jù)存在 負(fù)值的問題；
[0030] 步驟5 :移位運(yùn)算的位數(shù)將會隨級數(shù)的增高而增加，依照第一級流水線的形式構(gòu) 造出完整的流水線結(jié)構(gòu)，共用15級流水線。
[0031] 步驟6 :得到入射平面波信號角度信息，即Θ等于第15級流水線結(jié)構(gòu)輸出的zn。
[0032] 結(jié)合圖1，基于L型天線陣列的相位干涉儀測向裝置，其組成包括L型五元天線陣 1、微波前端2、中頻采樣單元3和基帶處理單元4。其中中頻采樣單元3包括了 5個通道的 中頻采樣模塊，基帶處理單元4包括了 FPGA和DSP兩個主要處理器。L型五元天線陣1接 收來自輻射源的射頻平面波信號，分別以方位角和俯仰角的形式入射到微波前端2,微波前 端2輸出5個通道的中頻信號到中頻采樣單元3中的5個通道的中頻采樣模塊，5個通道的 中頻采樣模塊輸出的數(shù)字量送到基帶處理單元4中的FPGA處理器，F(xiàn)PGA處理器與DSP處 理器之間通過地址線和數(shù)據(jù)線實現(xiàn)通信、控制與數(shù)字信號處理。
[0033] 圖2為L型天線陣列擺放位置，該L型天線陣由五個天線陣元組成，其中陣元1、2、 3組成方位面兩組基線L 12和L 13，陣元1、4、5組成俯仰面兩組基線L14和L 15。
[0034] 圖3為測向解算實現(xiàn)流程圖，其解算方