一種循環(huán)空間譜測向方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種循環(huán)空間譜測向方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，無線電測向技術(shù)在民用和軍用領(lǐng)域的應(yīng)用越來 越廣泛，可以實(shí)現(xiàn)電臺(tái)等輻射源的測向定位，實(shí)用意義很大。空間譜測向技術(shù)是近30年發(fā)展 起來的一種新興的空域信號處理技術(shù)，主要是在波束形成及時(shí)域譜估計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來 的。由于其突破了過去譜估計(jì)中陣列孔徑對來波方向的瑞利限制，具有較高的測向精度，已 經(jīng)被大量應(yīng)用于實(shí)際測向定位系統(tǒng)中。
[0003] 現(xiàn)有空間譜測向技術(shù)雖然也能對多個(gè)同頻信號進(jìn)行測向，但在實(shí)際使用中，特別 是多個(gè)同頻信號幅度相差較大，或者來波方向相近時(shí)，受限于傳統(tǒng)空間譜測向算法的低信 干比測向能力和同頻空間分辨能力，測向精度下降，測向結(jié)果受到嚴(yán)重影響。因此，有必要 提供一種新的測向方法來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠利用信號循環(huán)頻率測量信號到達(dá)方向的循環(huán)空 間譜測向方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種循環(huán)空間譜測向方法，包括以下步驟：
[0007] a)根據(jù)測向天線陣列接收到的信號獲取信號的循環(huán)頻率或者共輒循環(huán)頻率；
[0008] b)利用循環(huán)頻率或者共輒循環(huán)頻率獲取信號的循環(huán)自相關(guān)矩陣或者共輒循環(huán)自 相關(guān)矩陣；
[0009] c)利用所述循環(huán)自相關(guān)矩陣或者所述共輒循環(huán)自相關(guān)矩陣計(jì)算信號空間和噪聲 空間的特征矢量;利用所述噪聲空間特征矢量計(jì)算信號的循環(huán)空間譜;進(jìn)行所述循環(huán)空間 譜的峰值搜索確定信號的到達(dá)方向。
[0010]優(yōu)選的，步驟a)中信號的循環(huán)頻率或者共輒循環(huán)頻率的獲取方法包括以下步驟：
[0011] al)將測向天線陣列接收到的信號序列記為x(n)，將該信號序列的共輒記為刃
[0012] bl)根據(jù)x(n)和和?)的乘積序列計(jì)算相關(guān)平方譜X⑴和共輒相關(guān)平方譜|(/);
[0013] cl)對X(f)和文(/)進(jìn)行譜線銳化預(yù)處理，然后通過尋找譜峰確定信號循環(huán)頻率或 者共輒循環(huán)頻率。
[0014] 優(yōu)選的，步驟b)中信號的循環(huán)自相關(guān)矩陣的獲取方法為:將循環(huán)頻率代入自相關(guān) 矩陣得到循環(huán)自相關(guān)矩陣。
[0015] 優(yōu)選的，步驟b)中信號的共輒循環(huán)自相關(guān)矩陣的獲取方法為:將共輒循環(huán)頻率代 入自相關(guān)矩陣得到共輒循環(huán)自相關(guān)矩陣。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種循環(huán)空間譜測向方法的有益效果在于:本發(fā)明能夠 根據(jù)接收到的信號的循環(huán)頻率或者共輒循環(huán)頻率來計(jì)算循環(huán)自相關(guān)矩陣或者共輒循環(huán)自 相關(guān)矩陣，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)空間譜測向，解決了同頻多信號下的低信干比信號測向、來波方位 相近信號測向的精度下降問題，能夠?qū)Χ嘤谔炀€數(shù)目的同頻多目標(biāo)進(jìn)行測向。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明循環(huán)空間譜測向方法的步驟示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明循環(huán)空間譜測向方法和傳統(tǒng)空間譜對低信干比信號測向能力對比 圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明循環(huán)空間譜測向方法和傳統(tǒng)空間譜的空間分辨能力對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。
[0021] 請參閱圖1至圖3所示，本發(fā)明提供一種循環(huán)空間譜測向方法，包括以下步驟：
[0022] a)根據(jù)測向天線陣列接收到的信號獲取信號的循環(huán)頻率或者共輒循環(huán)頻率；
[0023] b)利用循環(huán)頻率或者共輒循環(huán)頻率獲取信號的循環(huán)自相關(guān)矩陣或者共輒循環(huán)自 相關(guān)矩陣；
[0024] c)利用所述循環(huán)自相關(guān)矩陣或者所述共輒循環(huán)自相關(guān)矩陣計(jì)算信號空間和噪聲 空間的特征矢量;利用所述噪聲空間特征矢量計(jì)算信號的循環(huán)空間譜;進(jìn)行所述循環(huán)空間 譜的峰值搜索確定信號的到達(dá)方向。
[0025] 優(yōu)選的，步驟a)中信號的循環(huán)頻率或者共輒循環(huán)頻率的獲取方法包括以下步驟：
[0026] al)將測向天線陣列接收到的信號序列記為x(n)，將該信號序列的共輒記為瑪勺：
[0027] bl)根據(jù)x(n)和對的的乘積序列計(jì)算相關(guān)平方譜X(f)和共輒相關(guān)平方譜i(/>;
[0028] cl)對X(f)和Z(/)進(jìn)行譜線銳化預(yù)處理，然后通過尋找譜峰確定信號循環(huán)頻率或 者共輒循環(huán)頻率。
[0029] 優(yōu)選的，步驟b)中信號的循環(huán)自相關(guān)矩陣的獲取方法為:將循環(huán)頻率代入自相關(guān) 矩陣得到循環(huán)自相關(guān)矩陣。
[0030] 優(yōu)選的，步驟b)中信號的共輒循環(huán)自相關(guān)矩陣的獲取方法為:將共輒循環(huán)頻率代 入自相關(guān)矩陣得到共輒循環(huán)自相關(guān)矩陣。
[0031] 實(shí)施例一：
[0032]接收信號的天線陣列為9根鞭天線組成的L型陣列，在距離接收點(diǎn)500公里外的發(fā) 射點(diǎn)布置了200瓦短波發(fā)射機(jī)作為目標(biāo)電臺(tái)。目標(biāo)電臺(tái)選擇在大功率廣播電臺(tái)相同發(fā)射頻 率上進(jìn)行信號發(fā)射，接收到廣播電臺(tái)的信號幅度比目標(biāo)電臺(tái)高10dB以上，從而驗(yàn)證循環(huán)空 間譜測向方法對低信干比信號的測向能力的提高。
[0033]目標(biāo)電臺(tái)在大功率電臺(tái)相同頻率上發(fā)射調(diào)幅信號，對接收的目標(biāo)電臺(tái)信號和廣播電 臺(tái)信號的混合信號根據(jù)步驟a)進(jìn)行循環(huán)頻率或者共輒循環(huán)頻率計(jì)算，得到目標(biāo)電臺(tái)信號的循 環(huán)頻率或者共輒循環(huán)頻率;再根據(jù)步驟b)計(jì)算循環(huán)自相關(guān)矩陣或者共輒循環(huán)自相關(guān)矩陣，最 后利用步驟c)完成對目標(biāo)電臺(tái)的測向。目標(biāo)電臺(tái)選擇在不同的大功率電臺(tái)頻率上進(jìn)行發(fā)射， 重復(fù)上述步驟。典型的，在13.123MHz頻率上，首先獲得目標(biāo)電臺(tái)調(diào)幅信號的共輒循環(huán)頻率為 fcyc = -95.36Hz，然后可得到共輒循環(huán)自相關(guān)矩陣
〔其 中N為測向使用的數(shù)據(jù)長度，F(xiàn)s為信號采樣率），對及進(jìn)行子空間分解、循環(huán)空間譜計(jì)算和譜 峰搜索，可以得到目標(biāo)信號到達(dá)方向?yàn)?64.4度，與實(shí)際信號方向265度誤差0.6度。
[0034] 利用上述過程可以獲得循環(huán)空間譜測向結(jié)果，同時(shí)利用傳統(tǒng)空間譜方法可以得到 傳統(tǒng)空間譜測向結(jié)果。兩種方法得到的測向結(jié)果和實(shí)際目標(biāo)電臺(tái)方位的誤差情況如圖2所 示。可以看到，傳統(tǒng)空間譜測向方法在低信干比情況下測向誤差在4~12度范圍，而循環(huán)空 間譜測向方法測向誤差小于1度。與傳統(tǒng)空間譜方法相比，循環(huán)空間譜測向方法有效提高了 低信干比下的測向精度。
[0035] 實(shí)施例二：
[0036]接收信號陣列同樣采用9根鞭天線組成的L型陣列，在距離接收點(diǎn)約3公里位置布 置了兩個(gè)方位相近的目標(biāo)電臺(tái)，實(shí)際方位角分別為117度和120度。通過在一系列相同頻率 上進(jìn)行兩目標(biāo)電臺(tái)的同時(shí)發(fā)射，測試循環(huán)空間譜測向方法對同頻空間分辨能力的提高。 [0037]兩目標(biāo)電臺(tái)在相同頻率上分別發(fā)射調(diào)幅信號和QPSK信號，對接收的兩目標(biāo)電臺(tái)混 合信號根據(jù)步驟a)進(jìn)行循環(huán)頻率或者共輒循環(huán)頻率計(jì)算，分別得到兩目標(biāo)電臺(tái)信號的循環(huán) 頻率或者共輒循環(huán)頻率;再根據(jù)步驟b)計(jì)算循環(huán)自相關(guān)矩陣或共輒循環(huán)自相關(guān)矩陣，最后 利用步驟c)完成對兩目標(biāo)電臺(tái)的測向。典型的，在16.123MHz頻率上，分別得到目標(biāo)電臺(tái)1的 調(diào)幅信號共輒循環(huán)頻率匕^1 = -11.92他和目標(biāo)電臺(tái)2的0?51(信號循環(huán)頻率匕^2 = 600他，然 后分別計(jì)算對應(yīng)的共輒循環(huán)自相關(guān)矩陣義和循環(huán)自相關(guān)矩陣R2,并通過子空間分解、循環(huán) 空間譜計(jì)算和譜峰搜索，分別獲得兩目標(biāo)電臺(tái)的到達(dá)方向?yàn)?21.0度和117.8度。
[0038] 利用上述過程可以獲得循環(huán)空間譜測向結(jié)果，同時(shí)利用傳統(tǒng)空間譜方法可以得到 傳統(tǒng)空間譜測向結(jié)果，兩種方法得到的測向結(jié)果如圖3所示?？梢钥吹?，傳統(tǒng)空間譜方法不 能分辨這空間夾角很近的這兩個(gè)目標(biāo)電臺(tái)，只得到一個(gè)測向結(jié)果，而循環(huán)空間譜測向方法 能夠分別得到這兩個(gè)信號的測向方位，具有更好的同頻空間分辨能力。
[0039] 綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0040] 1)提高了同頻多信號下低信干噪比信號的測向精度；
[0041] 2)提高了同頻多信號下方位相近信號的空間分辨能力；
[0042] 3)實(shí)現(xiàn)了根據(jù)循環(huán)頻率的信號選擇性測向；
[0043] 4)能夠?qū)Χ嘤谔炀€數(shù)目的同頻多目標(biāo)測向。
[0044] 以上示意性的對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所 示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案 相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種循環(huán)空間譜測向方法，其特征在于，包括W下步驟： a) 根據(jù)測向天線陣列接收到的信號獲取信號的循環(huán)頻率或者共輛循環(huán)頻率； b) 利用循環(huán)頻率或者共輛循環(huán)頻率獲取信號的循環(huán)自相關(guān)矩陣或者共輛循環(huán)自相關(guān) 矩陣； C)利用所述循環(huán)自相關(guān)矩陣或者所述共輛循環(huán)自相關(guān)矩陣計(jì)算信號空間和噪聲空間 的特征矢量;利用所述噪聲空間特征矢量計(jì)算信號的循環(huán)空間譜;進(jìn)行所述循環(huán)空間譜的 峰值捜索確定信號的到達(dá)方向。2. 如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)空間譜測向方法，其特征在于，步驟a)中信號的循環(huán)頻 率或者共輛循環(huán)頻率的獲取方法包括W下步驟： al)將測向天線陣列接收到的信號序列記為x(n)，將該信號序列的共輛記為 bl)根據(jù)x(nWP^n)的乘積序列計(jì)算相關(guān)平方譜X(f)和共輛相關(guān)平方譜義 Cl)對X(f)和乂 (/)進(jìn)行譜線銳化預(yù)處理，然后通過尋找譜峰確定信號循環(huán)頻率或者共 輛循環(huán)頻率。3. 如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)空間譜測向方法，其特征在于，步驟b)中信號的循環(huán)自 相關(guān)矩陣的獲取方法為:將循環(huán)頻率代入自相關(guān)矩陣得到循環(huán)自相關(guān)矩陣。4. 如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)空間譜測向方法，其特征在于，步驟b)中信號的共輛循 環(huán)自相關(guān)矩陣的獲取方法為:將共輛循環(huán)頻率代入自相關(guān)矩陣得到共輛循環(huán)自相關(guān)矩陣。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種循環(huán)空間譜測向方法，包括:a)根據(jù)測向天線陣列接收到的信號獲取信號的循環(huán)頻率或者共軛循環(huán)頻率；b)利用循環(huán)頻率或者共軛循環(huán)頻率獲取信號的循環(huán)自相關(guān)矩陣或者共軛循環(huán)自相關(guān)矩陣；c)利用所述循環(huán)自相關(guān)矩陣或者所述共軛循環(huán)自相關(guān)矩陣計(jì)算信號空間和噪聲空間的特征矢量；利用所述噪聲空間特征矢量計(jì)算信號的循環(huán)空間譜；進(jìn)行所述循環(huán)空間譜的峰值搜索確定信號的到達(dá)方向。本發(fā)明能根據(jù)接收到的信號的循環(huán)頻率或者共軛循環(huán)頻率來計(jì)算循環(huán)自相關(guān)矩陣或者共軛循環(huán)自相關(guān)矩陣，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)空間譜測向，解決了同頻多信號下的低信干比信號測向、來波方位相近信號測向的精度下降問題，能夠?qū)Χ嘤谔炀€數(shù)目的同頻多目標(biāo)進(jìn)行測向。
【IPC分類】G01S3/74
【公開號】CN105652234
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】王崇發(fā), 邢隆, 張明洋
【申請人】昆山九華電子設(shè)備廠
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年2月24日