CN101109798B - P、l波段辐射源精确测向装置的测向方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是P、L波段辐射源精确测向装置的测向方法。它由六个阵元组成的天线阵列和相应的6个接收机、信号处理器以及校准信号源等组成，由空中目标发射的微波信号经六个天线接收并送入其后的六个微波接收机，然后经过高中频和中频接收机的变频、放大等处理后送入数字接收机，数字接收机经高速A/D变换提取6路信号对应的相位值并送入信号处理器，信号处理器用采用空间谱估计MUSIC算法，解算出信号的入射角θ，实现了对P、L波段辐射源的高精度测向。

Description

P、L波段辐射源精确测向装置的测向方法

技术领域

本发明涉及的是一种通信技术中的阵列信号处理高精度测向技术。 

背景技术

现今国内外反辐射导弹导引头大都采用测向精度比较高的相位干涉仪测向方法，这种测向方法在2GHz以上可获得比较高的精度，一般可以达到1°/σ以上。但辐射源辐射频率在P、L波段即0.2～2GHz时，由于受导弹体积的限制，导引头安装天线的面积不能太大，所以由相位干涉仪测向误差公式： 

$\mathrm{\Δ\θ}=\frac{\mathrm{\Δ\φ\λ}}{2\mathrm{\π}L\cos \mathrm{\θ}}$

可知λ/L的比值比较大，并且Δφ不可能为零，而且最好也只能做到5°左右，因此Δθ比较大，即测角精度比较低。要想在0.2～2GHz频段内获得高的测角精度必须寻找其他的测向方法。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种测角精度可达1°/σ的P、L波段(0.2～2GHz)辐射源精确测向装置。本发明的目的还在于提供一种针对P、L波段辐射源的P、L波段辐射源精确测向方法。 

本发明是这样实现的：本发明的P、L波段辐射源精确测向装置由六个天线、六路微波接收机、六路高中频接收机、六路中频接收机、六路数字接收机和信号处理器组成，天线接收空中目标发射出的微波信号并将其输入到微波接收机，微波接收机连接高中频接收机，高中频接收机连接中频接收机，中频接收机连接数字接收机，数字接收机连接信号处理器。 

本发明的P、L波段辐射源精确测向装置还包括： 

1、六个天线布置呈圆形的天线阵列，其中一个天线位于圆心且高出其它天线30mm，另外五个沿圆周等间距分布。 

2、微波接收机与中频接收机之间连接着基于信号的实时跟踪本振。 

3、它还包括校准信号源，校准信号源连接微波接收机。 

4、它还包括微波限放与瞬时测频机、信号分选与跟踪器、窄波门产生器。 

本发明的P、L波段辐射源精确测向方法为： 

6个布成圆阵的天线阵列接收空间辐射的信号并将其送入微波前端，进入微波前端的信号经过宽波门选通、放大，将该信号输入到高中频组合，由输入信号与频综器输出的本振信号经混频器变成带宽为240MHz的高中频信号，将这个信号放大后输入到中频组合，中频组合中的第二次混频器是将输入的高中频信号和实时跟踪本振的信号混频，输出中频信号，保留了输入信号相位和幅度的相对关系，将中频信号输入到数字接收机，数字接收机将模拟信号经A/D变成数字信号，经过数字混频和滤波，提取信号的相位φ，数字接收机配有对脉冲压缩信号进行匹配的匹配滤波器，如果信号是脉冲压缩的，则采用匹配滤波器，滤波器的参数由数字信道化指纹分析的参数进行装订；由中频组合输入到数字接收机的中频信号是经声表面波延迟2us后的信号，再经窄波门选通延迟2us后的信号前沿；由数字接收机提出的各路信号的相位φ值并输入到信号处理器，信号处理器根据阵列流型有关参数、输入的频率码，用空间谱估计MUSIC算法解算出空间谱峰的位置，即信号的入射角度。 

本发明的方法还可以包括： 

1、基于信号的实时跟踪本振，是以输入的信号作为参考，将信号f_S减一个固定中频的信号f_IL(即f_S-f_IL)作为本振信号。 

2、频率码(CF)由瞬时测频接收机测出，经分选与跟踪器分选与识别选择出的信号频率，输入到信号处理器。 

3、宽波门产生器由瞬时测频接收机输入到预分选跟踪器的频率码和脉冲流，经预分选和跟踪器产生宽波门，选通微波前端的开关。 

4、窄波门产生器由输入的宽波门和宽波门内的脉冲流，和方位面与俯仰面输入的相位差，经过对比较大的噪声尖冲的滤除和宽波门内的异部信号剔除，实现稳定准确的跟踪目标。 

5、校准信道的相位不一致性，在微波前端设置开关，用信号脉冲前沿进行对信号的测向，信号处理器在脉冲后沿延迟0.2～0.5us，产生一个脉冲信号，关 闭信号的开关，打开接校准信号的开关，使同一个校准信号进入各信道，校准各信道的相位不一致性。 

附图说明

图1是测向装置的天线阵列示意图； 

图2是测向装置组成方框图； 

图3是测向装置的工作过程方框图； 

具体实施方式

下面结合附图和具体工作过程对本发明作进一步的说明： 

结合图1，六个天线1～6布置呈圆形的天线阵列，其中一个天线位于圆心且高出其它天线30mm，另外五个沿圆周等间距分布。 

结合图2和图3，6个天线1～6组成的天线阵列接收的六路信号分别输入到六路微波前端，六路微波前端7～12的6个双态衰减器作为输入级，经过开关13～18的6路开关、6路低噪声高频放大器HFA19～24，再经过6路分路器25～30和宽波门选通开关31～36、滤波器37～42，将6路信号输入到6路混频器，混频器将6路输入信号与频综器155送来的6路本振信号进行混频变成f_S+f_L即0.2～2G与5.8～4G相加，变成6GHz的信号，其带宽为240MHz，将这个6GHz的信号输入到高中频组合。高中频组合中的6路放大器HIFA49～54作为6路输入级，经6路分路器55～60、6路滤波器61～66将6路滤波器输出的6路信号输入到混频器67～72与基于信号的实时本振156～163送来的信号进行混频，混出 

的中频信号输入到中频组合。中频组合的输入级是6路中频放大器73～78，这6路信号再经6个分路器79～84、延迟线85～90输入到6个开关91～96，这6个开关由窄波门144选通，选通后的信号再经6路各自滤波器的滤波、6路中频放大器IFA103～108的放大、分路器109～114的分路和6路各自的限幅放大和6路的滤波后输入到数字接收机组合。数字接收机组合由129～134组成，它们是6个数字接收机，与6路射频前端相对应，完成与LPI雷达信号的匹配和6路信号的相位提取，将相位φ输入到信号处理器135，信号处理器根据输入的载频码和阵列流型的参数将输入的6路信号的相位φ值，用MUSIC算法解算出空间谱峰的位置即信号的入射角θ。 

实时跟踪本振156～163，是以信号为参考产生的频率为f_S-f_IL的信号作为混 频器67～72的本振信号实现实时跟踪频率捷变雷达信号，使系统的灵敏度提高18dB；校准信号源136～139用来完成实时校准各个信道的幅、相不一致性，以提高测角精度；微波限放与瞬时测频140～141，实现实时测频，为信号分选与跟踪器以及信号处理提供载频码；信号分选与跟踪器142～143，根据输入的频率码和脉冲流进行分选和跟踪，给出宽波门对微波前端的6个开关31～36进行控制。 

窄波门产生器144是根据输入的宽波门及其宽波门内的脉冲流和天线1、2，5、6构成的比相支路输出的相位差，产生一个窄波门，选通中放组合中经2us延迟线延迟的脉冲前沿，以消除多路径效应的影响，这一点是通过选通开关91～96实现的。 

结合图3，天线1、2、3、4、5、6，双稳态衰减器7、8、9、10、11、12，开关13、14、15、16、17、18，低噪声高频放大器HFA19、20、21、22、23、24，分路器25、26、27、28、29、30，开关31、32、33、34、35、36，滤波器37、38、39、40、41、42组成微波前端。天线接收的信号经过各自的功能块输入到混频器，双态衰减器是应对强信号时，由信号处理器控制衰减将信号衰减50dB；开关13～18是校准开关，同样由信号处理器在信号脉冲的后沿延迟0.2～0.5us产生一个0.3～0.5us的脉冲信号关闭入射信号端，开起校准信号端，使同一个校准信号同时输入到6个信道中进行相位和幅度校准，放大器HFA19～24用来提高接收机的灵敏度，开关31～36是由宽波门控制来选通信号的。 

混频器43、44、45、46、47、48，高中频放大器HIFA49、50、51、52、53、54，分路器55、56、57、58、59、60，滤波器61、62、63、64、65、66组成高中频组合。混频器43～48将微波前端的信号与频综器155的本振信号混频，其输出信号为一个高中频，经放大器49～54放大后，再经分路器55～60分路，其中分路器57分出1路用于产生基于信号的实时本振信号，分路器59分出一路用于数字信道化，提取信号脉内指纹信息，分路器55、56、58、60是为使各路平衡而设置的。 

混频器67、68、69、70、71、72，中频放大器IFA73、74、75、76、77、78，分路器79、80、81、82、83、84，延迟线85、86、87、88、89、90，开关91、92、93、94、95、96，滤波器97、98、99、100、101、102，中频放大器IFA103、104、105、106、107、108，分路器109、110、111、112、113、114，限幅器115、116、117、120、121、122和DLVA118、119，滤波器123、124、125、 126、127、128组成中频组合。由高中频组合输入到混频器67～72的信号与实时跟踪本振信号经混频器67～72混出的中频信号，是带宽为10MHz的中频信号，这样就实现了实时跟踪脉间频率捷变的雷达信号，分路器79、78，分路器83、84各分出一路作为方位面和俯仰面的相位鉴相，分路器81、82各分出1路产生宽脉冲内的脉冲流，延迟线85～90，各延迟2us，以弥补窄波门产生器占用的时间，保证窄波门能采到信号脉冲前沿或靠近脉冲前沿的部分，实现消除多路径效应的影响和宽波门内异部信号的干扰；开关91～96是窄波门选通开关选通上述的信号前沿，放大器103～108是将信号放大，分路器111、112各分出一路进行DLVA视频放大取其幅值，其他4个分路器109、110、113、114是为了使各路平衡而设置的，限幅放大器115～122是为了增大信号的动态范围，滤波器123～128满足60dB(最好64dB)的通带与止带的抑制比。 

数字接收机129、130、131、132、133、134将中频组合输出的模拟信号进行A/D变换，数字混频和数字匹配滤波，最终提取各路的相位φ值，输入到信号处理器。 

信号处理器根据1～6路输入的相位φ值和输入的信号频率码CF和天线阵列流型的参数，用MUSIC算法解算出空间谱峰的位置即信号的入射角θ，完成测向。根据输入信号的幅度对双稳态衰减器进行控制；由信号脉冲后沿延迟0.3～0.5us，产生一个0.3～0.5us脉冲控制开关13～18，进行各信道的相位与幅度不一致性的校准。 

锁相源156、中频放大器IFA137、滤波器158、功分器159、调制器160、滤波器161、高中频放大器HIFA162和6路分路器163组成基于信号的实时跟踪本振，由分路器57分出的一路信号f_S输入到调制器160，被锁相源信号f_IL经分路器变成正交的信号调制单边带的f_S-f_IL，作为实时跟踪频率捷变的本振信号。 

限幅放大器140，瞬时测频141，信号分选142，信号跟踪器143构成信号分选与跟踪支路，限幅放大器可以增加动态范围，瞬时测频实时测出信号的频率并给出脉冲流，经过预分选和跟踪器给出宽波门，输入到窄波门产生器和选通开关31～36。 

限幅放大器145，混频器146，锁相源147，放大器148，滤波器149，高速A/D150，数字信道化151，信号分选与指纹分析152组成数字信道化与脉内指 纹分析组合，限幅放大器145增大动态范围，混频器146将分路器59分出的高频信号与锁相源本振信号混频后，输出一个带宽为Δf频率为f的信号，经滤波器149滤波后，进行高速A/D变换，再经数字信道化后输入到信号分选与指纹分析器152，对信号进行分选和脉内指纹分析，给出雷达类型、雷达参数、脉内指纹参数去装订数字接收机129～134中的滤波器的系数。 

限幅放大器164、165，鉴相器166，限幅放大器167、168，鉴相器169，窄波门产生器144，DLVA170、171，相加器172，整形器173组成窄波门产生系统。由鉴相器166，169输出的方位面和俯仰面的相位差、信号跟踪器输出的宽波门、载频CF码，整形器173输出的信号，将这些信号输入到窄波门产生器经滤波，消除噪声中大的尖冲信号的干扰和剔除宽波门中异部信号的干扰，产生一个窄波门，选通经延迟线85～90延迟后的信号前沿。

Claims (6)

1.一种P、L波段辐射源精确测向装置的测向方法，其特征是：6个布成圆阵的天线阵列接收空间辐射的信号并将其送入微波前端，进入微波前端的信号经过宽波门选通、放大，将该信号输入到高中频组合，由输入信号与频综器输出的本振信号经混频器变成带宽为240MHz的高中频信号，将这个信号放大后输入到中频组合，中频组合中的第二次混频器是将输入的高中频信号和实时跟踪本振的信号混频，输出中频信号，保留了输入信号相位和幅度的相对关系，将中频信号输入到数字接收机，数字接收机将模拟信号经A/D变成数字信号，经过数字混频和滤波，提取信号的相位φ，数字接收机配有对脉冲压缩信号进行匹配的匹配滤波器，如果信号是脉冲压缩的，则采用匹配滤波器，滤波器的参数由基于数字信道化技术得到的脉内指纹参数进行装订；由中频组合输入到数字接收机的中频信号是经声表面波延迟2us后的信号，再经窄波门选通延迟2us后的信号前沿；由数字接收机提出的各路信号的相位φ值并输入到信号处理器，信号处理器根据阵列流型有关参数、输入的频率码，用空间谱估计MUSIC算法解算出空间谱峰的位置，即信号的入射角度。

2.根据权利要求1所述的P、L波段辐射源精确测向装置的测向方法，其特征是：基于信号的实时跟踪本振，是以信号为参考产生的频率为f_S-f_IL的信号作为混频器的本振信号，f_S为输入的高中频信号的频率，f_IL为固定中频信号的频率。

3.根据权利要求2所述的P、L波段辐射源精确测向装置的测向方法，其特征是：频率码由瞬时测频接收机测出，经分选与跟踪器分选与识别选择出的信号频率，输入到信号处理器。

4.根据权利要求3所述的P、L波段辐射源精确测向装置的测向方法，其特征是：宽波门产生器由瞬时测频接收机输入到预分选跟踪器的频率码和脉冲流，经预分选和跟踪器产生宽波门，选通微波前端的开关。

5.根据权利要求4所述的P、L波段辐射源精确测向装置的测向方法，其特征是：窄波门产生器由输入的宽波门和宽波门内的脉冲流，和方位面与俯仰面输入的相位差，经过对比较大的噪声尖冲的滤除和宽波门内的异部信号剔除，实现稳定准确的跟踪目标。

6.根据权利要求5所述的P、L波段辐射源精确测向装置的测向方法，其特征是：校准信道的相位不一致性，在微波前端设置开关，用信号脉冲前沿进行对信号的测向，信号处理器在脉冲后沿延迟0.2～0.5us，产生一个脉冲信号，关闭信号的开关，打开接校准信号的开关，使同一个校准信号进入各信道，校准各信道的相位不一致性。

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