CN101038333B - 多普勒无线电测向方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用多普勒效应确定无线电信号来波示向度的方法，是一种用相位法完成无线电测向的信息处理方法，属于无线电测向领域。本多普勒测向系统的电子开关切换到天线阵的每个天线阵子时，系统都能从A/D转换器同步得到1个数字量，系统程序利用天线切换一周得到的数字量可以计算出跟多普勒频移相关的正弦量的幅度、相位，从而可以计算出无线电来波的示向度。本发明提供的多普勒无线电测向方法可以减小来波示向度的计算误差，系统适应性较好。

Description

多普勒无线电测向方法

技术领域

本发明涉及一种利用多普勒效应确定无线电信号来波示向度的方法，是一种用相位法完成无线电测向的信息处理方法，属于无线电测向领域。

背景技术

目前，采用多普勒测向法的测向系统大都使用电子开关高速切换均匀分布在圆周上的若干偶极子天线，从而使得电子开关输出的射频信号产生多普勒频移，通过处理该频移从而可以得到无线电信号的来波方向，即示向度。以往采用多普勒测向法的测向系统在进行示向度计算时，大都采用查表法、相关运算法或快速傅里叶变换滤波法等。其缺点是：查表法得到的示向度误差较大；相关运算法需要较大的存储器；快速傅里叶变换滤波法需要较高主频的CPU，且需要较大的存储器。

发明内容

为了克服上述情况下多普勒测向法的缺点，本发明提供了一种多普勒无线电测向新方法。本发明所采用的系统为：由N×1电子开关、无线电接收机、比较器、中频滤波器、鉴频器、可编程窄带滤波器、A/D转换器、测向控制单片机、PC机和天线阵组成。电子开关的输出端与无线电接收机的输入端相连，无线电接收机的中频输出口与比较器的输入端相连；比较器把无线电接收机输出的模拟中频信号变成同频方波，中频滤波器对比较器输出的方波进行带通滤波，经鉴频器进行鉴频，再经可编程窄带滤波器进行窄带滤波，最后经A/D转换后，由测向控制单片机计算出无线电来波的示向度，然后通过通信接口将示向度送给PC机或其它发出测向指令的系统。。

本多普勒测向系统的电子开关切换到天线阵的每个天线阵子时，系统都能从A/D转换器同步得到1个数字量，系统程序利用天线切换一周得到的数字量可以计算出跟多普勒频移相关的正弦量的幅度、相位，从而可以计算出无线电来波的示向度。

多普勒测向示向度方法流程如下：

1.当电子开关切换一周时，多普勒测向系统的测向控制单片机会得到N(要求天线阵子数N是4的整数倍)个A/D采样值U_i(i＝0、1、2...N-1)，可以得到采样值的数学平均值C。

$C=\frac{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i}{N}$

其中：N是天线阵的偶极子数量。

i＝0、1、2...N-1。

2.多普勒频移跟可编程窄带滤波器输出的随时间变化的正弦波信号相关，该正弦波信号的幅度为A。

$A=\frac{4}{N}\underset{i=0}{\overset{\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i$

其中：A_i是正弦波幅度。

$A_i=\sqrt{\frac{{(U_i-U_{\frac{N}{2}+i})}^2+{(U_{\frac{N}{4}+i}-U_{\frac{3N}{4}+i})}^2}{2}}$

其中： $i=\mathrm{0,1,2}...\frac{N}{4}-1.$

3.考查U_i求示向度θ。

A.当i＞0时，U_i≥C且U_i-1＜C，则示向度θ：

B.当i＝0时，U_i≥C且U_N-1＜C，则示向度θ：

4.示向度θ标定

θ或θ+180°(θ是通过上述流程得到的无线电来波与参考方向的夹角)都可能是无线电来波的示向度，因此，本多普勒测向系统在联调时可用沿参考方向的无线电来波对系统作静态标定。设通过上述流程得到的θ＝a，当|a|＜|a+180°|时，(θ-a)是真正的示向度；当|a|＞|a+180°|时，(θ-a-180°)是真正的示向度。

本发明提供的多普勒无线电测向方法可以减小来波示向度的计算误差，系统适应性较好。

附图说明

图1是本发明的系统功能框图。

图2是本发明的具体电路图。

图2(a)NX1电子开关

图2(b)测向控制单片机

图2(c)测向控制单片机外围电路

图2(d)通信接口

图2(e)比较器

图2(f)中频滤波器

图2(g)鉴频器

图2(h)可编程窄带滤波器

图2(i)电源

图3本发明的测向方法流程图。

图中1.N×1电子开关，2.无线电接收机，3.比较器，4.中频滤波器，5.鉴频器，6.可编程窄带滤波器，7.A/D转换器，8.测向控制单片机，9.PC机，10.天线阵，11.第一电缆，12.第二电缆，13.第三电缆，14.第四电缆，15.第五电缆，16.第六电缆，17.第七电缆，18.第八电缆，19.第九电缆，20.串口电缆，21.通信电缆，22.第十电缆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

天线阵10是由N个偶极子组成的，以某一方向(如正北方向)为参考方向按顺时针方向旋转，N个偶极子均匀分布在半径为R的圆周上，每个偶极子与参考方向的夹角为α＝360°n/N(其中n为偶极子号，n＝0、1、2...N-1)，且每个偶极子与圆周平面相垂直，N是能被4整除的正整数。无线电接收机2是至少应具有AGC、中频输出接口和遥控接口(RS232或USB)功能的中频带宽可控的单信道接收机。A/D转换器7应具有12bit或16bit的分辨率。测向控制单片机8的核心器件是单片机，板上含有测向控制及信息处理执行代码，信息处理代码含有示向度算法。A/D转换器7也可以包含在测向控制单片机8或其单片机中。

在图1中，天线阵10中的N个天线与N×1电子开关1的N个输入端通过射频电缆相连；N×1电子开关1的1个输出端通过射频电缆与无线电接收机2天线输入端相连；无线电接收机2的中频输出口通过射频电缆与比较器3的输入端相连；比较器3、中频滤波器4、鉴频器5和可编程窄带滤波器6可以做在同一电路板内，在比较器3和中频滤波器4之间不同的电路需要不同的模拟衰减量；测向控制单片机8通过第九电缆19、第十电缆22和第八电缆18分别完成对N×1电子开关1、可编程窄带滤波器6和A/D转换器7的控制，通过串口电缆20完成对无线电接收机2的频点和工作方式设置，通过通信电缆21与PC机9进行通信，接收PC机9的测向指令，并将示向度传给PC机9。

多普勒测向示向度方法流程如下，参见图3：

1.电子开关切换一周时，多普勒测向系统的测向控制单片机会得到N(要求天线阵子数N是4的整数倍)个A/D采样值U_i(i＝0、1、2...N-1)，可以得到采样值的数学平均值C。

$C=\frac{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i}{N}$

其中：N是天线阵的偶极子数量。

i＝0、1、2...N-1。

2.多普勒频移跟可编程窄带滤波器输出的随时间变化的正弦波信号相关，该正弦波信号的幅度为A。

$A=\frac{4}{N}\underset{i=0}{\overset{\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i$

其中：A_i是正弦波幅度。

$A_i=\sqrt{\frac{{(U_i-U_{\frac{N}{2}+i})}^2+{(U_{\frac{N}{4}+i}-U_{\frac{3N}{4}+i})}^2}{2}}$

其中： $i=\mathrm{0,1,2}...\frac{N}{4}-1.$

3.考查U_i求示向度θ。

a)当i＞0时，U_i≥C且U_i-1＜C，则示向度θ：

b)当i＝0时，U_i≥C且U_N-1＜C，则示向度θ：

4.示向度θ标定

θ或θ+180°(θ是通过上述流程得到的无线电来波与参考方向的夹角)都可能是无线电来波的示向度，因此，本多普勒测向系统在联调时可用沿参考方向的无线电来波对系统作静态标定。设通过上述流程得到的θ＝a，当|a|＜|a+180°|时，(θ-a)是真正的示向度；当|a|＞|a+180°|时，(θ-a-180°)是真正的示向度。

Claims (1)

1.多普勒无线电测向方法，其特征在于：流程如下：

1)当电子开关切换一周时，多普勒测向系统的测向控制处理板得到N个A/D采样值U_i，计算采样值的数学平均值C；

$C=\frac{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i}{N}$

其中：N是天线阵的偶极子数量，是4的整数倍；

i＝0、1、2...N-1；

2)可编程窄带滤波器输出随时间变化的正弦波信号，该正弦波信号的幅度为A；

$A=\frac{4}{N}\underset{i=0}{\overset{\frac{N}{4}-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i$

其中：A_i是正弦波幅度；

N是天线阵的偶极子数量；

$A_i=\frac{\sqrt{{(U_i-U_{\frac{N}{2}+i})}^2+{(U_{\frac{N}{4}+i}-U_{\frac{3N}{4}+i})}^2}}{2}$

其中： $i=\mathrm{0,1,2}...\frac{N}{4}-1;$

N是天线阵的偶极子数量；

3)考查U_i求示向度θ；

①当i＞0时，U_i≥C且U_i-1＜C，则示向度θ：

②当i＝0时，U_i≥C且U_N-1＜C，则示向度θ：

4)示向度θ标定

设通过上述流程得到的θ＝a，当|a|＜|a+180°|时，(θ-a)是真正的示向度；当|a|＞|a+180°|时，(θ-a-180°)是真正的示向度。

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