CN101109797B - 基于虚拟阵列扩展的5倍频程超宽频带测向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于虚拟阵列扩展的5倍频程超宽频带测向方法。在空间同一直线上摆放三个天线阵元，天线阵元间距满足一定的关系，使能实现在5倍频程超宽频带内有效的解模糊并正确测向。其中，在解算角度过程中利用了虚拟阵列扩展后的虚拟短基线d₃₄消除高频端测向时的测向模糊；虚拟长基线d₁₆保证低频端测向时的测向精度。本发明只需要3个天线阵元，降低了测向装置的成本且缩小了其体积，并能保证较高的测向精度。

Description

基于虚拟阵列扩展的5倍频程超宽频带测向方法

技术领域

本发明涉及的是一种探测技术，具体地说是一种无源探测方法。

背景技术

现代雷达系统的工作频段范围很宽，因此探测方法也必须具有较宽的频率覆盖范围，同时要具有足够的测向精度。现有的超宽频带被动雷达测向装置有的采用比幅方法解模糊，但是幅度平衡性很难得到满足，导致解模糊失败，不能正确测向；有的采用多基线方法解模糊，但是需要更多的天线阵元和信号通道，大大增加了测向装置的成本和体积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以探测5倍频程频域内的所有辐射源，对其进行精确测向的基于虚拟阵列扩展的5倍频程超宽频带测向方法。

本发明的目的是这样实现的：空间同一直线上摆放三个天线阵元，天线阵元之间的间距满足：

$\left\{\begin{array}{c}2d_{12}-d_{13}\≈\frac{1}{2}c/f_2\\ d_{13}\≈\frac{1}{4}c/f_1\end{array}\right.$

其中，c＝3.0×10⁸m/s，f₂/f₁＝2⁵；

然后运用虚拟阵列扩展方法扩展出虚拟天线阵元，利用虚拟短基线进行解模糊，并用虚拟长基线保证测向精度，实现5倍频程超宽频段内对辐射源信号的高精度无模糊测向。

本发明还可以包括：

运用虚拟阵列扩展方法扩展阵列，得到虚拟天线阵元和虚拟的长、短基线，计算出辐射源信号的来向；其中利用虚拟阵列扩展后的虚拟短基线消除高频端测向时的测向模糊；虚拟长基线保证低频端测向时的测向精度。

本发明的基于虚拟阵列扩展的5倍频程超宽频带测向方法，能很好的解决这些问题。本发明只需要3个天线阵元和信号通道，降低了测向装置的成本且缩小了其体积，并能保证较高的测向精度。

附图说明

图1是本发明的天线阵元布置图；

图2虚拟阵列扩展后的天线阵元位置图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

1、天线阵元布置

结合图1，天线阵元由3个天线阵元组成。当f₁＝1GHz，f₂＝32GHz时，设置天线间距为d₁₂＝0.04m，d₁₃＝0.075m。通过虚拟阵列扩展后得到的所有阵元中，虚拟短基线d₃₄＝2d₁₂-d₁₃＝0.005m，虚拟长基线d₁₆＝2d₁₃＝0.15m。其中虚拟短基线d₃₄可以消除f₂＝32GHz高频端测向时的测向模糊；虚拟长基线d₁₆保证f₁＝1GHz低频端测向时的测向精度。这样布置天线阵元，就可以对5倍频程频域内的所有辐射源信号进行精确测向。

2、虚拟阵列扩展方法

假设空间存在3个真实天线阵元，如图2所示(实线圆圈表示真实天线阵元，虚线圆圈表示虚拟天线阵元)，并以原点处的天线阵元为参考点。此时，阵列导向矢量为：

a(θ)＝[1 exp(-jkd₁₂)exp(-jkd₁₃)]^T

虚拟阵列扩展后的阵列导向矢量为：

$b\left(\mathrm{\θ}\right)=a\left(\mathrm{\θ}\right)\⊗a\left(\mathrm{\θ}\right)$

$={\left[1\exp (-\mathrm{jk}{d}_{12})\exp (-\mathrm{jk}{d}_{13})\right]}^T\⊗{\left[1\exp (-\mathrm{jk}{d}_{12})\exp (-\mathrm{jk}{d}_{13})\right]}^T$

$=[1\exp (-\mathrm{jk}{d}_{12})\exp (-\mathrm{jk}{d}_{13})\exp (-\mathrm{jk}{d}_{12})\exp (-\mathrm{jk}\left(2d_{12}\right))$

exp(-jk(d₁₂+d₁₃))exp(-jkd₁₃)exp(-jk(d₁₃+d₁₂))exp(-jk(2d₁₃)]^T

从上式看出第五、六、八、九项对应虚拟天线阵元，但第六、八项相同，虚拟阵列扩展方法可以将阵列的孔径扩展一倍。空间阵列的实际天线阵元数为M＝3，虚拟阵列扩展后的天线阵元数为M(M+1)/2＝6。如图2，三个真实天线阵元虚拟阵列扩展后一共可以得到六个天线阵元，其中虚线圆圈表示的三个天线阵元为虚拟天线阵元。

在图2虚拟阵列扩展后的所有天线阵元中，天线阵元3、4组成一组最短基线d₃₄，在运算中利用这个虚拟基线d₃₄可以消除高频端测向时的测向模糊；而阵元1、6组成一组最长基线d₁₆，虚拟基线d₁₆保证了低频端测向时的测向精度。

虚拟阵列扩展方法扩展阵列，得到了虚拟天线阵元，构造出虚拟的长基线和虚拟的短基线，保证了高精度无模糊测向方法的实现。由于利用了虚拟阵列扩展方法，使得此发明使用了比其它测向方法更少的天线阵元和信号通道，降低了测向装置的成本且缩小了其体积。本发明是一种基于虚拟阵列扩展的5倍频程超宽频带测向方法，利用虚拟阵列扩展方法扩展出虚拟天线阵元，实现消除超宽频带信号测向时的模糊问题和保证高的测向精度。

Claims (1)

1.基于虚拟阵列扩展的5倍频程超宽频带测向方法，其特征是：空间同一直线上摆放三个天线阵元，天线阵元之间的间距满足：

$\left\{\begin{array}{c}2d_{12}-d_{13}\≈\frac{1}{2}c/f_2\\ d_{13}\≈\frac{1}{4}c/f_1\end{array}\right.$

其中，c代表光速、c＝3.0×10⁸m/s，f₂/f₁＝2⁵；d₁₂，d₁₃分别代表阵元1、2及阵元1、3的间距、单位为m，f₁，f₂分别代表整个频带范围内的最低和最高频率；

然后运用虚拟阵列扩展方法扩展出虚拟天线阵元，利用虚拟短基线进行解模糊，并用虚拟长基线保证测向精度，实现5倍频程超宽频段内对辐射源信号的高精度无模糊测向；所述运用虚拟阵列扩展方法扩展出虚拟天线阵元是指，运用虚拟阵列扩展方法扩展阵列，得到虚拟天线阵元和虚拟的长、短基线，计算出辐射源信号的来向；其中利用虚拟阵列扩展后的虚拟短基线消除高频端测向时的测向模糊；虚拟长基线保证低频端测向时的测向精度。

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