CN102445680A - 短波宽带相关干涉仪投影技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短波宽带相关干涉仪投影技术，涉及一种无线电监测技术，包括相关干涉仪和两组相互垂直的天线基线，每组的基线相互平行并且对应基线长度相同，其步骤如下：获取天线数据，对宽带数据做信道化处理；计算相位差值；采用相关干涉仪的投影技术进行相关运算；获取示向度。本发明将传统相关干涉仪的两维相关运算压缩成一维相关运算，在保证测向精度的前提下，有效降低了传统相关干涉仪测向算法的运算量，并且适用于圆阵和L阵等多种天线阵型，同时也可以做为标准干涉仪频率高端解模的一种算法得以运用。

Description

短波宽带相关干涉仪投影技术

技术领域

本发明涉及一种无线电监测技术，特别涉及一种短波宽带相关干涉仪投影技术。

背景技术

随着短波低截获概率信号的出现，传统的窄带测向已经不能满足宽带系统的要求，宽带测向设备的研发成为必然。而宽带系统的实现首先带来的问题就是宽带海量数据的处理问题。目前，宽带信道化是宽带接收的一种比较经典的解决方案。基于这种解决方案，宽带测向算法的运算量成为系统实时处理的瓶颈。以2M带宽为例，运用信道化算法将宽带划分成16000个125Hz的子信道，每个子信道都需要执行一次测向算法得出测向结果，整个宽带测向算法的运算量则为单独子信道所执行测向算法运算量的16000倍，因此，宽带测向急需一种能在满足测向指标的前提下尽可能减少运算量的算法，以满足系统处理的实时性。

相关干涉仪的基本原理：相关干涉仪是利用测量天线基线之间的相位差关系来进行测向。根据计算公式可以得出某确定来波方向的空间来波在各天线基线之间产生的相位差，相关干涉仪首先计算出各种来波方向所产生的相位差信息做为原始信息模板，将获取的来波相位差信息和原始相位模板做相关运算，得出实际测量的相位差和样本的相关系数，相关系数的峰值所对应的来波方向即测向结果。

相关干涉仪综合利用了天线阵中多条基线上的相位差信息，利用相关处理来确定来波方向，算法简洁，测向精度高，但是运算量巨大；需要考虑建立方位角、仰角两维的原始模板，相关运算需要对两维进行扫描寻峰；同时原始样本所占存储量也较大，目前仅大量运用在短波窄带测向处理中，对于多信道的宽带测向处理，利用当前主流的处理平台很难实现。解决这个瓶颈的关键就是要减少参与相关运算的模板，使得存储空间占用量和运算量都得到有效的减少。由于相位差的计算涉及到方位角和仰角的三角函数计算，间隔大小疏密如果取的不合适就会带来很大的误差，要在方位角和仰角两维分别选取合适的间隔建立模板需要做大量的仿真测试，并且实验证明要保证一定的测向精度，仅仅通过单纯的在两维减少原始模板的建立对运算量的减少是有限的，不能从根本上解决运算量巨大的瓶颈。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种短波宽带相关干涉仪投影技术，将传统相关干涉仪的两维相关运算压缩成一维相关运算，在保证测向精度的前提下，有效降低了传统相关干涉仪测向算法的运算量，并且适用于圆阵和L阵等多种天线阵型，同时也可以做为标准干涉仪频率高端解模的一种算法得以运用。

本发明的技术方案是：一种短波宽带相关干涉仪投影技术，包括相关干涉仪和两组相互垂直的天线基线，每组的基线相互平行并且对应基线长度相同，其步骤如下：

1）获取天线数据，对宽带数据做信道化处理；

在计算相位差值前需要对前端收到的数据进行信道化处理；信道化处理采用FPGA来实现；处理平台选用DDR等外部存储器；

2）计算相位差值；

在空间夹角180°范围内选取来波方向，并且选取对应的空间夹角，将来波投影到地面上，计算出基线相位差值，基线相位差主要是根据来波到两天线基线之间的行程差决定；

所述空间夹角包括来波方位角和仰角，来波方位角为来波与方向的夹角，仰角为来波与其在地面上的投影间的夹角；

3）采用相关干涉仪的投影技术进行相关运算；

首先建立原始信息模板，在已知频率的前提下，在空间夹角180°的范围内，分别等间距的选取若干方向，并对应所选的空间夹角，计算出来波以此空间夹角入射时产生的相位差值，以此建立模板，并将此模板存储在处理平台上的DDR、SDRAM等外部存储器中；

相关干涉仪把收到的实际相位差值与原始信息模板中的相位差值做相关运算，得出相关系数，并通过峰值搜索来锁定样本所对应的角度值；

4）获取示向度；

此步骤需要FPGA和DSP配合共同完成；FPGA采集各个天线通道的天线数据并计算出所选天线基线的相位差值分配给DSP，DSP将所分配的天线基线相位差值与原始信息模板相位差值进行运算；

另外，DSP同时进行峰值搜索，找出对应的空间夹角的角度值，并将结果传输给FPGA，由FPGA来运算得到最终的示向度。

作为优选，来波与互相平行的基线之间的空间夹角相同。

作为优选，原始信息就是各种来波方向在不同的频率上所产生的相位差信息。

作为优选，原始信息模板中样本数是由选取的空间夹角的间隔和天线基线个数决定的。

作为优选，原始信息模板中所对应的来波方向越接近来波的真实方向时，其相关系数就越大。

作为优选，所述DSP为四块。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：引入空间夹角的概念，将传统相关干涉仪的两维相关运算压缩成一维相关运算，这样可有效的降低运算量。并且与二维运算相比，运算量减少了180倍。并且由于其运算方式简单，因此也能适用于圆阵和L阵等多种天线阵型，同时也可以做为标准干涉仪频率高端解模的一种算法得以运用。

附图说明

图1为本发明的空间夹角示意图；

图2为本发明的天线基线装置图；

图3为本发明的接收信号处理示意图；

图4为本发明的平台示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

一种短波宽带相关干涉仪投影技术，包括相关干涉仪和两组相互垂直的天线基线，每组的基线相互平行并且对应基线长度相同，其步骤如下：

1）获取天线数据，对宽带数据做信道化处理；

在计算相位差值前需要对前端收到的数据进行信道化处理；信道化处理采用FPGA来实现；处理平台选用DDR等外部存储器；

2）计算相位差值；

在空间夹角180°范围内选取来波方向，并且选取对应的空间夹角，将来波投影到地面上，计算出基线相位差值，基线相位差主要是根据来波到两天线基线之间的行程差决定；

所述空间夹角包括来波方位角和仰角，来波方位角为来波与方向的夹角，仰角为来波与其在地面上的投影间的夹角；

3）采用相关干涉仪的投影技术进行相关运算；

首先建立原始信息模板，在已知频率的前提下，在空间夹角180°的范围内，分别等间距的选取若干方向，并对应所选的空间夹角，计算出来波以此空间夹角入射时产生的相位差值，以此建立模板，并将此模板存储在处理平台上的DDR、SDRAM等外部存储器中；

相关干涉仪把收到的实际相位差值与原始信息模板中的相位差值做相关运算，得出相关系数，并通过峰值搜索来锁定样本所对应的角度值；

4）获取示向度；

此步骤需要FPGA和DSP配合共同完成；FPGA采集各个天线通道的天线数据并计算出所选天线基线的相位差值分配给DSP，DSP将所分配的天线基线相位差值与原始信息模板相位差值进行运算；

另外，DSP同时进行峰值搜索，找出对应的空间夹角的角度值，并将结果传输给FPGA，由FPGA来运算得到最终的示向度。

作为优选，来波与互相平行的基线之间的空间夹角相同；原始信息就是各种来波方向在不同的频率上所产生的相位差信息；原始信息模板中样本数是由选取的空间夹角的间隔和天线基线个数决定的；原始信息模板中所对应的来波方向越接近来波的真实方向时，其相关系数就越大；所述DSP为四块。

本发明率先引入了空间夹角的概念。如图1所示，CA、BD为入射波，AE、BF分别为入射波在地面上的投影。图中的                                                、

分别为入射来波方位角和仰角。

基线相位差主要是根据来波到两天线基线之间的行程差决定的。通常是将来波投影到地面上，以此来计算两天线基线间的相位差。计算公式为：

本发明实施步骤如下：

1、获取天线数据，对宽带数据做信道化处理。

由于本发明是应用于短波宽带测向，所以需要对前端收到的数据进行信道化。采用信道化技术可以把整个频带划分成若干个子信道，降低信号的处理带宽，提高频谱分辨率。目前快速信道化技术可以采用多相滤波算法或者FFT算法来实现宽带信道化。同时，对信道化的结果进行校正。根据系统不同的要求，校正因子需要不断更新。由于多相滤波以及FFT均为流水处理，逻辑较为简单，所以采用处理能力强大的FPGA来实现。由于校正因子需要根据系统的要求不定时的更新，一段时间内的校正因子需要存储下来以支持后续的校正处理，对处理芯片的储量量需求较大，所以处理平台选用DDR等外部存储器来弥补FPGA芯片内存的不足。

2、计算相位差值。

以图2中的三个天线基线为例，实际短波鉴相器获得相位差值的过程如图3所示。

假设两条来波到达天线基线的信号幅度相同，则到达天线基线0，1，2的信号分别为：

Claims (6)

1.一种短波宽带相关干涉仪投影技术，其特征在于：包括相关干涉仪和两组相互垂直的天线基线，每组的基线相互平行并且对应基线长度相同，其步骤如下：

1）获取天线数据，对宽带数据做信道化处理；

在计算相位差值前需要对前端收到的数据进行信道化处理；信道化处理采用FPGA来实现；处理平台选用DDR等外部存储器；

2）计算相位差值；

在空间夹角180°范围内选取来波方向，并且选取对应的空间夹角，将来波投影到地面上，计算出基线相位差值，基线相位差主要是根据来波到两天线基线之间的行程差决定；

所述空间夹角包括来波方位角和仰角，来波方位角为来波与方向的夹角，仰角为来波与其在地面上的投影间的夹角；

3）采用相关干涉仪的投影技术进行相关运算；

首先建立原始信息模板，在已知频率的前提下，在空间夹角180°的范围内，分别等间距的选取若干方向，并对应所选的空间夹角，计算出来波以此空间夹角入射时产生的相位差值，以此建立模板，并将此模板存储在处理平台上的DDR、SDRAM等外部存储器中；

相关干涉仪把收到的实际相位差值与原始信息模板中的相位差值做相关运算，得出相关系数，并通过峰值搜索来锁定样本所对应的角度值；

4）获取示向度；

此步骤需要FPGA和DSP配合共同完成；FPGA采集各个天线通道的天线数据并计算出所选天线基线的相位差值分配给DSP，DSP将所分配的天线基线相位差值与原始信息模板相位差值进行运算；

另外，DSP同时进行峰值搜索，找出对应的空间夹角的角度值，并将结果传输给FPGA，由FPGA来运算得到最终的示向度。

2.根据权利要求1所述的短波宽带相关干涉仪投影技术，其特征在于：来波与互相平行的基线之间的空间夹角相同。

3.根据权利要求1或2所述的短波宽带相关干涉仪投影技术，其特征在于：原始信息就是各种来波方向在不同的频率上所产生的相位差信息。

4.根据权利要求1或2所述的短波宽带相关干涉仪投影技术，其特征在于：原始信息模板中样本数是由选取的空间夹角的间隔和天线基线个数决定的。

5.根据权利要求4所述的短波宽带相关干涉仪投影技术，其特征在于：原始信息模板中所对应的来波方向越接近来波的真实方向时，其相关系数就越大。

6.根据权利要求1或2所述的短波宽带相关干涉仪投影技术，其特征在于：所述DSP为四块。

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