CN106199503A - 相关干涉仪测向方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种相关干涉仪测向方法及装置，其中方法包括：在当前阵列中确定第一基线和第二基线，根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；对第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，剔除后的第一入射角度范围作为第二入射角度范围；根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；根据相位差模板在第二入射角度范围内确定入射电磁波的入射角度。通过本发明中的相关干涉仪测向方法及装置，能够将二维相关干涉仪测向时的大范围空域搜索变为仅对部分角度的搜索，达到减小计算量的目的。

Description

相关干涉仪测向方法及装置

技术领域

本发明涉及相关干涉测量技术领域，具体而言，涉及一种相关干涉仪测向方法及装置。

背景技术

干涉测量术是基于电磁波的干涉理论，通过检测相干电磁波的干涉图样、频率、振幅、相位等属性，将其应用于各种相关测量的技术的统称。用于实现干涉测量术的仪器被称作干涉仪。在当今多个科研领域，干涉测量术都发挥着重要作用，包括天文学、光纤光学、工程测量学等。

现有技术提供了一种相关干涉仪测向方法，具体为：对于任意一个无模糊阵列，当电磁波以某一角度入射时，在阵列中选取N对阵元，获取这N对阵元接收电磁波的相位差根据定义的测向代价函数，利用不同角度的相位差模板数据φ_i与测量值进行比较，使测向代价函数的值最大的方向作为电磁波入射方向的估计(由于求解得到的角度与真实的角度之间可能存在偏差，因此称为估计)，测向代价函数表示为：

目前常用的测向代价函数有最小均方代价函数，相关系数代价函数，以及基于余弦函数的代价函数，分别表示为：

上式中：仰角方位角θ∈[0,2π)，构成的集合可以表示为

由于基于余弦函数的代价函数在工程应用上较其他方式好，其考虑到了相位差的周期性，因此现有技术优选采用基于余弦函数的代价函数作为测向代价函数。

发明人在研究中发现，通过现有技术提供的相关干涉仪测向方法，需要在整个空域(所有仰角和所有方位角)范围内进行搜索，得到入射电磁波的入射角度，计算量大，难以满足时效性要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种相关干涉仪测向方法及装置，将二维相关干涉仪测向时的大范围空域搜索变为仅对部分角度的搜索，达到减小计算量的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种相关干涉仪测向方法，所述方法包括：在当前阵列中确定第一基线和第二基线，根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；对所述第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除所述第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，剔除后的所述第一入射角度范围作为第二入射角度范围；根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；根据所述相位差模板在所述第二入射角度范围内确定所述入射电磁波的入射角度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第一种可能的实施方式，其中，根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围，包括：通过以下公式根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_{mn}=\arctan 2\left(\frac{L_1\left({\widehat{\mathrm{\φ}}}_2+2\mathrm{\π}n\right)-L_2\cos \left(\mathrm{\α}\right)\left({\widehat{\mathrm{\φ}}}_1+2\mathrm{\π}m\right)}{L_2\sin \left(\mathrm{\α}\right)},{\widehat{\mathrm{\φ}}}_1+2\mathrm{\π}m\right);$

m∈[-M,M]∩Ζ，

n∈[-N,N]∩Ζ，k＝2πf/c；

其中，表示所述入射电磁波的方位角，表示所述入射电磁波的仰角，L₁表示所述第一基线的长度，L₂表示所述第二基线的长度，表示所述第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示所述第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示所述第一基线与所述第二基线之间的夹角，c表示自由空间光速，f表示频率，k表示中间系数，Ζ为整数集，运算符表示向下取整。

结合第一方面第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面第二种可能的实施方式，其中，对所述第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除所述第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，包括：将不满足以下任意一个公式要求的所述第一系数m和所述第二系数n对应的角度从所述第一入射角度范围内剔除；

且m和n同号；

且m和n异号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第三种可能的实施方式，其中，根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板，包括：通过以下公式根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；

v₁＝[(y₁-y₂)-(x₁-x₂)cot(α)]/L₁；

v₂＝(x₁-x₂)sec(α)/L₂；

其中，表示所述当前阵列的相位差模板函数，v¹和v²均表示与当前阵列的形状有关的常量，表示所述第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示所述第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示所述第一基线与所述第二基线之间的夹角，L₁表示所述第一基线的长度，L₂表示所述第二基线的长度，(x₁,y₁)表示对应的第一阵元的坐标，(x₂,y₂)表示对应的第二阵元的坐标。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第四种可能的实施方式，其中，根据所述相位差模板在所述第二入射角度范围内确定所述入射电磁波的入射角度，包括：利用所述相位差模板计算所述第二入射角度范围内的各个角度对应的相位差模板数据；获取所述当前阵列接收所述入射电磁波产生的相位差测量值；分别将各个角度对应的所述相位差模板数据与所述相位差测量值代入测向代价函数进行计算，得到相关度，将所述相关度最大时对应的角度确定为所述入射电磁波的入射角度。

第二方面，本发明实施例提供了一种相关干涉仪测向装置，所述装置包括：角度范围确定模块，用于在当前阵列中确定第一基线和第二基线，根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；合理性判别模块，用于对所述第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除所述第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，剔除后的所述第一入射角度范围作为第二入射角度范围；相位差模板计算模块，用于根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；入射角度确定模块，用于根据所述相位差模板在所述第二入射角度范围内确定所述入射电磁波的入射角度。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面第一种可能的实施方式，其中，所述角度范围确定模块包括：角度范围确定单元，用于通过以下公式根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_{mn}=\arctan 2\left(\frac{L_1\left({\widehat{\mathrm{\φ}}}_2+2\mathrm{\π}n\right)-L_2\cos \left(\mathrm{\α}\right)\left({\widehat{\mathrm{\φ}}}_1+2\mathrm{\π}m\right)}{L_2\sin \left(\mathrm{\α}\right)},{\widehat{\mathrm{\φ}}}_1+2\mathrm{\π}m\right);$

m∈[-M,M]∩Ζ，

n∈[-N,N]∩Ζ，k＝2πf/c；

其中，表示所述入射电磁波的方位角，表示所述入射电磁波的仰角，L₁表示所述第一基线的长度，L₂表示所述第二基线的长度，表示所述第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示所述第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示所述第一基线与所述第二基线之间的夹角，c表示自由空间光速，f表示频率，k表示中间系数，Ζ为整数集，运算符表示向下取整。

结合第二方面第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面第二种可能的实施方式，其中，所述合理性判别模块包括：剔除单元，用于将不满足以下任意一个公式要求的所述第一系数m和所述第二系数n对应的角度从所述第一入射角度范围内剔除；

且m和n同号；

且m和n异号。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面第三种可能的实施方式，其中，所述相位差模板计算模块包括：模板计算单元，用于通过以下公式根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；

v₁＝[(y₁-y₂)-(x₁-x₂)cot(α)]/L₁；

v₂＝(x₁-x₂)sec(α)/L₂；

其中，表示所述当前阵列的相位差模板函数，v₁和v₂均表示与当前阵列的形状有关的常量，表示所述第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示所述第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示所述第一基线与所述第二基线之间的夹角，L₁表示所述第一基线的长度，L₂表示所述第二基线的长度，(x₁,y₁)表示对应的第一阵元的坐标，(x₂,y₂)表示对应的第二阵元的坐标。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面第四种可能的实施方式，其中，所述入射角度确定模块包括：数据计算单元，用于利用所述相位差模板计算所述第二入射角度范围内的各个角度对应的相位差模板数据；测量值获取单元，用于获取所述当前阵列接收所述入射电磁波产生的相位差测量值；角度确定单元，用于分别将各个角度对应的所述相位差模板数据与所述相位差测量值代入测向代价函数进行计算，得到相关度，将所述相关度最大时对应的角度确定为所述入射电磁波的入射角度。

本发明实施例中，首先在当前阵列中确定第一基线和第二基线，根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围，其次对第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，剔除后的第一入射角度范围作为第二入射角度范围，然后根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板，最后根据相位差模板在第二入射角度范围内确定入射电磁波的入射角度。通过本发明实施例中的相关干涉仪测向方法及装置，能够避免在整个空域范围内进行搜索电磁波的入射角度，将搜索范围缩小为第二入射角度范围，从而将二维相关干涉仪测向时的大范围空域搜索变为仅对部分角度的搜索，达到减小计算量的目的，缓解现有技术中的方法计算量大，难以满足时效性要求的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的相关干涉仪测向方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的利用引导基线确定入射电磁波的第一入射角度范围的示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的相关干涉仪测向装置的组成模块示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到通过现有技术提供的相关干涉仪测向方法，需要在整个空域(所有仰角和所有方位角)范围内进行搜索，得到入射电磁波的入射角度，计算量大，难以满足时效性要求，本发明实施例提供了一种相关干涉仪测向方法及装置，下面首先介绍本发明实施例中的相关干涉仪测向方法的发明思想。

鉴于两阵元间电磁波的相位差测量值是主值区间[-π,π]的一个值若两阵元间的距离d>λ/2(λ为电磁波波长)，测量得到的相位差就可能不是真实的相位差，理想情况下，测量得到的相位差与真实的相位差φ之间的关系为式中，m∈[-M,M]∩Ζ(Ζ为整数集)，是与波长和阵元间距有关的一个整数，运算符表示向下取整。公式表明：当测量得到的相位差为时，理论上可能有2M+1个相位差数据与之对应，相位差的真实值包含在这2M+1个值之中，同时，这2M+1个相位差可以明确对应2M+1个可能的入射角度，电磁波的真实入射角也存在于这组可能角度之中。

基于该发明思想，下面具体描述本发明实施例中的方法及装置。

图1示出了本发明实施例所提供的相关干涉仪测向方法的流程示意图，如图1所示，本实施例中的相关干涉仪测向方法包括以下步骤：

步骤S102，在当前阵列中确定第一基线和第二基线，根据该第一基线的长度和空间位置以及该第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围。

基线为干涉仪测向中的一个术语，指当前阵列中两阵元之间的连线。在阵列中选取第一基线和第二计算作为引导基线，根据该引导基线确定电磁波的入射角度对应的搜索角度范围，在该搜索角度范围内搜索电磁波的入射角度，该电磁波的入射角度包括仰角和方位角。

本步骤中，通过以下公式(1)和公式(2)根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_{mn}=\arctan 2\left(\frac{L_1\left({\widehat{\mathrm{\φ}}}_2+2\mathrm{\π}n\right)-L_2\cos \left(\mathrm{\α}\right)\left({\widehat{\mathrm{\φ}}}_1+2\mathrm{\π}m\right)}{L_2\sin \left(\mathrm{\α}\right)},{\widehat{\mathrm{\φ}}}_1+2\mathrm{\π}m\right)---\left(1\right)$

其中，m∈[-M,M]∩Ζ，n∈[-N,N]∩Ζ，k＝2πf/c，表示入射电磁波的方位角，表示入射电磁波的仰角，L₁表示第一基线的长度，L₂表示第二基线的长度，表示第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示第一基线与第二基线之间的夹角，c表示自由空间光速，f表示频率，k表示中间系数，Ζ为整数集，运算符表示向下取整。

具体地，图2示出了本发明实施例所提供的利用引导基线确定入射电磁波的第一入射角度范围的示意图。如图2所示，对于入射电磁波的方位-仰角的联合估计，首先在阵列中选取两根呈一定夹角的基线作为引导基线，设两根引导基线夹角为α，长度分别为L₁、L₂，第一基线与正北的夹角为β，电磁波入射角为θ′表示θ与β之间的差值，虚线op为电磁波入射示意线在xoy平面上的投影。鉴于阵列的孔径(由阵列中距离最远的两阵元确定，对于圆阵，孔径就是圆阵的直径)在一定程度上决定了测向的精度和容差能力，引导基线尽量选择长度等于或接近阵列孔径的基线，以确保获得较好的测向性能。

根据如图2所示的两引导基线能够获得第一基线对应的真实相位差φ₁、第二基线对应的真实相位差φ₂分别表示为：

式中：k＝2πf/c，c为自由空间光速；θ′＝θ-β。

定义四象限反正切函数arctan2(y,x)，表示xoy平面上坐标为(x,y)的点对应的角度，其值域范围为[-π,π]。

联立公式(3)和公式(4)，可得：

${\mathrm{\θ}}^{\′}=\arctan 2(\frac{L_1{\mathrm{\φ}}_2-L_2{\mathrm{\φ}}_{1}cos\left(\mathrm{\α}\right)}{L_2\sin \left(\mathrm{\α}\right)},{\mathrm{\φ}}_1)---\left(5\right)$

入射电磁波的真实方位角为θ＝θ′+β。

由于相位差测量值与只能是主值区间[-π,π]中的值，因此，只有引导基线长度小于半波长时，和才与真实相位差对应。当引导基线长度大于半波长时，与则对应多个可能入射角度的电磁波在引导基线上测量出的相位差，这些角度上的电磁波在引导基线上的真实相位差与之间的关系为：

${\mathrm{\φ}}_1={\widehat{\mathrm{\φ}}}_1+2\mathrm{\π}m---\left(7\right)$

${\mathrm{\φ}}_2={\widehat{\mathrm{\φ}}}_2+2\mathrm{\π}n---\left(8\right)$

式中：m∈[-M,M]∩Ζ，n∈[-N,N]∩Ζ，

因此得到，入射电磁波的可能方位角和仰角分别表示为：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_{mn}=\arctan 2\left(\frac{L_1\left({\widehat{\mathrm{\φ}}}_2+2\mathrm{\π}n\right)-L_2\cos \left(\mathrm{\α}\right)\left({\widehat{\mathrm{\φ}}}_1+2\mathrm{\π}m\right)}{L_2\sin \left(\mathrm{\α}\right)},{\widehat{\mathrm{\φ}}}_1+2\mathrm{\π}m\right)---\left(9\right)$

这样，入射电磁波可能的角度被锁定在一个元素个数为(2M+1)×(2N+1)的点集中，而不是整个空域，从而减小了搜索范围。将该点集定义为入射电磁波的第一入射角度范围，符号为P₂，此时，测向代价函数(又称相关度代价函数)可以表示为：

式中，点集P₂中，除包含入射电磁波入射角度的估计值(即最后要求得的入射电磁波的入射角度，由于求解得到的角度与真实的角度之间可能存在偏差，因此称为估计值)，还包含一组因三角函数周期性导致的模糊角度，通过在P₂限定的角度中搜索的最大值，就可以在这组模糊值中获得入射电磁波入射角的估计值。

通过本步骤，能够根据第一基线的长度和空间位置以及该第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围，从而在该第一入射角度范围内搜索入射电磁波的入射角度，减少计算量，提高计算效率。

步骤S104，对第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，剔除后的第一入射角度范围作为第二入射角度范围。

本步骤中，对第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，包括：

将不满足以下任意一个公式要求的第一系数m和第二系数n对应的角度从第一入射角度范围内剔除；

公式(12)和公式(13)中的各个符号的含义参见公式(1)和公式(2)。

具体地，通过引导基线确定的第一入射角度范围P₂，并没有对每个元素的合理性进行判别，可能会导致对一些不合理的角度进行相关度计算，造成不必要的计算开支。因此，需先对P₂中各角度的合理性进行判别。

设L₂≥L₁，考虑到

当φ₁≥0,φ₂≥0时，可得

当φ₁<0,φ₂<0时，同理可以得到

|φ₁|+|φ₂|<2kL₁ cos(α/2)+k(L₂-L₁) (16)

当φ₁≥0，φ₂≤0时，有

同样地，当φ₁<0，φ₂>0时，有

|φ₁|+|φ₂|<2kL₁ sin(α/2)+k(L₂-L₁) (18)

根据公式(15)、(16)、(17)、(18)，结合公式(7)和(8)可得出P₂中角度的合理性判别法则为：

当φ₁与φ₂同号时，对搜索的角度对应的m、n取值有如下约束：

$|m+n|\&le;\frac{2{\mathrm{kL}}_{1}cos(\mathrm{\&alpha;}/2)+k(L_2-L_1)-{\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_1-{\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_2}{2\mathrm{\&pi;}}---\left(19\right)$

此时，m与n也应为同号。

当φ₁与φ₂异号时，对搜索的角度对应的m、n取值有如下约束：

$|m+n|\&le;\frac{2{\mathrm{kL}}_1\sin (\mathrm{\&alpha;}/2)+k(L_2-L_1)-{\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_1-{\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_2}{2\mathrm{\&pi;}}---\left(20\right)$

此时，m与n也应为异号。

m、n不满足上述关系时对应的角度被视为不合理角度，需要从集合P₂中予以剔除。剔除全部不合理角度后，余下的角度构成第二入射角度范围，即点集P₃，点集P₃元素个数比P₂更少，进一步减小了计算量。

通过本步骤，能够剔除第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，进一步减少计算量。

步骤S106，根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板。

本步骤中通过以下公式(21)至公式(23)根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板。

v₁＝[(y₁-y₂)-(x₁-x₂)cot(α)]/L₁ (22)

v₂＝(x₁-x₂)sec(α)/L₂ (23)

其中，表示当前阵列的相位差模板函数，v₁和v₂均表示与当前阵列的形状有关的常量，表示第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示第一基线与第二基线之间的夹角，L₁表示第一基线的长度，L₂表示第二基线的长度，(x₁,y₁)表示对应的第一阵元的坐标，(x₂,y₂)表示对应的第二阵元的坐标。

具体地，现有的相关干涉仪算法为了减小计算复杂度，通常都是事先建好一个全空域、全频段的相位差数据模板。由于相位差数据模板在频率和角度上都是离散的，因此，无法保证相位差数据模板对应的模板数据的频率和角度与入射电磁波真实的频率和角度完全匹配。若想减小这一影响，则需要生成步进更小的相位差数据模板，但这也意味着需要更大的存储资源花销和更大的计算量。

本实施例中的方法在进行相关度计算时，同样也面临着如何建立相位差数据模板的问题。为了解决相关度计算时的角度、频率匹配度与内存资源占用度之间的矛盾，本实施例中的方法根据工作频率和搜索角度对相位差数据模板对应的模板数据进行实时计算，即实时建立相位差数据模板，不再事先建立数据模板。

与事先建好相位差数据模板的方式相比，采用实时计算模板数据的方式会引入额外的计算量，为了减小这一环节对测向时效性的影响，考虑对数据模板计算方式做一定的优化。

设相关度计算中的相位差对应两阵元的坐标分别为(x₁,y₁)与(x₂,y₂)，其相位差可以表示为：

设β＝0，与角度对应的引导基线的相位差分别为：

可以得到：

因此，相位差模板数据

式中，v₁＝[(y₁-y₂)-(x₁-x₂)cot(α)]/L₁；v₂＝(x₁-x₂)sec(α)/L₂。

将式(29)带入式(11)，就可计算出角度为的相关度。当阵形确定时，v₁与v₂都为常数，单个相位差模板数据的计算仅需要三次加法运算和两次乘法运算，若直接利用式(24)计算相位差模板数据，则需要两次余弦运算、一次正弦运算、六次乘法运算和一次加法运算。因此，计算相位差模板数据时，利用式(29)要比利用式(24)的计算复杂度低得多。

通过本步骤，能够实时计算当前阵列的相位差模板，从而解决相关度计算时的角度、频率匹配度与内存资源占用度之间的矛盾。

步骤S108，根据相位差模板在第二入射角度范围内确定入射电磁波的入射角度。

本步骤具体包括：

(a1)利用相位差模板计算第二入射角度范围内的各个角度对应的相位差模板数据；

(a2)获取当前阵列接收入射电磁波产生的相位差测量值；

(a3)分别将各个角度对应的相位差模板数据与相位差测量值代入测向代价函数进行计算，得到相关度，将相关度最大时对应的角度确定为入射电磁波的入射角度。

本步骤中，测向代价函数为上述公式(11)，即：

其中，考虑到阵元组阵后由于位置差异、遮挡等因素造成的幅度不一致，考虑采用加权方式的相关干涉仪算法，设定公式(11)中，

其中，A_i1、A_i2分别为相位差对应的两阵元接收电磁波的幅度。

综上，本发明实施例中，首先在当前阵列中确定第一基线和第二基线，根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围，其次对第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，剔除后的第一入射角度范围作为第二入射角度范围，然后根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板，最后根据相位差模板在第二入射角度范围内确定入射电磁波的入射角度。通过本发明实施例中的方法，能够避免在整个空域范围内进行搜索电磁波的入射角度，将搜索范围缩小为第二入射角度范围，从而将二维相关干涉仪测向时的大范围空域搜索变为仅对部分角度的搜索，达到减小计算量的目的，缓解现有技术中的方法计算量大，难以满足时效性要求的目的。

与现有技术相比，本实施例中的方法还具有以下优势：

(1)现有技术在超短波测向处理中仅考虑方位角的相关搜索，当电磁波以一定仰角入射时，存在搜索不到准确方位的风险，本实施例中的方法在超短波测向处理中引入了方位角与仰角的联合估计处理方法，提供了对在仰角面上30度范围内电磁波的测向能力。

(2)本实施例中的方法提出了引导基线的思想，将电磁波的入射角度的搜索范围大大减小。

(3)本实施例中的方法制定了搜索方位合理性的判别法则，具体见步骤S104。

(4)本实施例中的方法提出了一种高效的相位差模板实时计算处理方法，具体见步骤S106。

(5)本实施例中的方法对引导基线的夹角无限制，解决了任意面阵的快速相关干涉仪测向问题。

对应上述的相关干涉仪测向方法，本发明实施例还提供了一种相关干涉仪测向装置。图3示出了本发明实施例所提供的相关干涉仪测向装置的组成模块示意图，如图3所示，该装置包括

角度范围确定模块31，用于在当前阵列中确定第一基线和第二基线，根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；

合理性判别模块32，用于对第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，剔除后的第一入射角度范围作为第二入射角度范围；

相位差模板计算模块33，用于根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；

入射角度确定模块34，用于根据相位差模板在第二入射角度范围内确定入射电磁波的入射角度。

优选地，角度范围确定模块31包括：

角度范围确定单元，用于通过以下公式根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；

${\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_{mn}=\arctan 2\left(\frac{L_1\left({\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_2+2\mathrm{\&pi;}n\right)-L_2\cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\left({\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_1+2\mathrm{\&pi;}m\right)}{L_2\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)},{\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_1+2\mathrm{\&pi;}m\right);$

m∈[-M,M]∩Ζ，

n∈[-N,N]∩Ζ，k＝2πf/c；

其中，表示入射电磁波的方位角，表示入射电磁波的仰角，L₁表示第一基线的长度，L₂表示第二基线的长度，表示第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示第一基线与第二基线之间的夹角，c表示自由空间光速，f表示频率，k表示中间系数，Ζ为整数集，运算符表示向下取整。

优选地，合理性判别模块32包括：

剔除单元，用于将不满足以下任意一个公式要求的第一系数m和第二系数n对应的角度从第一入射角度范围内剔除；

且m和n同号；

且m和n异号。

优选地，相位差模板计算模块33包括：

模板计算单元，用于通过以下公式根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；

v₁＝[(y₁-y₂)-(x₁-x₂)cot(α)]/L₁；

v₂＝(x₁-x₂)sec(α)/L₂；

其中，表示当前阵列的相位差模板函数，v₁和v₂均表示与当前阵列的形状有关的常量，表示第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示第一基线与第二基线之间的夹角，L₁表示第一基线的长度，L₂表示第二基线的长度，(x₁,y₁)表示对应的第一阵元的坐标，(x₂,y₂)表示对应的第二阵元的坐标。

优选地，入射角度确定模块34包括：数据计算单元，用于利用相位差模板计算第二入射角度范围内的各个角度对应的相位差模板数据；测量值获取单元，用于获取当前阵列接收入射电磁波产生的相位差测量值；角度确定单元，用于分别将各个角度对应的相位差模板数据与相位差测量值代入测向代价函数进行计算，得到相关度，将相关度最大时对应的角度确定为入射电磁波的入射角度。

本发明实施例中，首先在当前阵列中确定第一基线和第二基线，根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围，其次对第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，剔除后的第一入射角度范围作为第二入射角度范围，然后根据第一基线的长度和空间位置以及第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板，最后根据相位差模板在第二入射角度范围内确定入射电磁波的入射角度。通过本发明实施例中的装置，能够避免在整个空域范围内进行搜索电磁波的入射角度，将搜索范围缩小为第二入射角度范围，从而将二维相关干涉仪测向时的大范围空域搜索变为仅对部分角度的搜索，达到减小计算量的目的，缓解现有技术中的方法计算量大，难以满足时效性要求的目的。

本发明实施例所提供的相关干涉仪测向装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种相关干涉仪测向方法，其特征在于，所述方法包括：

在当前阵列中确定第一基线和第二基线，根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；

对所述第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除所述第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，剔除后的所述第一入射角度范围作为第二入射角度范围；

根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；

根据所述相位差模板在所述第二入射角度范围内确定所述入射电磁波的入射角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围，包括：

通过以下公式根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；

${\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_{mn}=\arctan 2\left(\frac{L_1\left({\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_2+2\mathrm{\&pi;}n\right)-L_2\cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\left({\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_1+2\mathrm{\&pi;}m\right)}{L_2\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)},{\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_1+2\mathrm{\&pi;}m\right);$

m∈[-M，M]∩Z，

n∈[-N，N]∩Z，k＝2πf/c；

其中，表示所述入射电磁波的方位角，表示所述入射电磁波的仰角，L₁表示所述第一基线的长度，L₂表示所述第二基线的长度，表示所述第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示所述第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示所述第一基线与所述第二基线之间的夹角，c表示自由空间光速，f表示频率，k表示中间系数，Z为整数集，运算符表示向下取整。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除所述第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，包括：

将不满足以下任意一个公式要求的所述第一系数m和所述第二系数n对应的角度从所述第一入射角度范围内剔除；

且m和n同号；

且m和n异号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板，包括：

通过以下公式根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；

v₁＝[(y₁-y₂)-(x₁-x₂)cot(α)]/L₁；

v₂＝(x₁-x₂)sec(α)/L₂；

其中，表示所述当前阵列的相位差模板函数，v₁和v₂均表示与当前阵列的形状有关的常量，表示所述第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示所述第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示所述第一基线与所述第二基线之间的夹角，L₁表示所述第一基线的长度，L₂表示所述第二基线的长度，(x₁,y₁)表示对应的第一阵元的坐标，(x₂,y₂)表示对应的第二阵元的坐标。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述相位差模板在所述第二入射角度范围内确定所述入射电磁波的入射角度，包括：

利用所述相位差模板计算所述第二入射角度范围内的各个角度对应的相位差模板数据；

获取所述当前阵列接收所述入射电磁波产生的相位差测量值；

分别将各个角度对应的所述相位差模板数据与所述相位差测量值代入测向代价函数进行计算，得到相关度，将所述相关度最大时对应的角度确定为所述入射电磁波的入射角度。

6.一种相关干涉仪测向装置，其特征在于，所述装置包括：

角度范围确定模块，用于在当前阵列中确定第一基线和第二基线，根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；

合理性判别模块，用于对所述第一入射角度范围内的角度进行合理性判别，剔除所述第一入射角度范围内不满足合理性要求的角度，剔除后的所述第一入射角度范围作为第二入射角度范围；

相位差模板计算模块，用于根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；

入射角度确定模块，用于根据所述相位差模板在所述第二入射角度范围内确定所述入射电磁波的入射角度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述角度范围确定模块包括：

角度范围确定单元，用于通过以下公式根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置确定入射电磁波的第一入射角度范围；

${\widehat{\mathrm{\&theta;}}}_{mn}=\arctan 2\left(\frac{L_1\left({\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_2+2\mathrm{\&pi;}n\right)-L_2\cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\left({\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_1+2\mathrm{\&pi;}m\right)}{L_2\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)},{\widehat{\mathrm{\&phi;}}}_1+2\mathrm{\&pi;}m\right);$

m∈[-M，M]∩Z，

n∈[-N，N]∩Z，k＝2πf/c；

其中，表示所述入射电磁波的方位角，表示所述入射电磁波的仰角，L₁表示所述第一基线的长度，L₂表示所述第二基线的长度，表示所述第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示所述第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示所述第一基线与所述第二基线之间的夹角，c表示自由空间光速，f表示频率，k表示中间系数，Ζ为整数集，运算符表示向下取整。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述合理性判别模块包括：

剔除单元，用于将不满足以下任意一个公式要求的所述第一系数m和所述第二系数n对应的角度从所述第一入射角度范围内剔除；

且m和n同号；

且m和n异号。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述相位差模板计算模块包括：

模板计算单元，用于通过以下公式根据所述第一基线的长度和空间位置以及所述第二基线的长度和空间位置计算当前阵列的相位差模板；

v₁＝[(y₁-y₂)-(x₁-x₂)cot(α)]/L₁；

v₂＝(x₁-x₂)sec(α)/L₂；

其中，表示所述当前阵列的相位差模板函数，v₁和v₂均表示与当前阵列的形状有关的常量，表示所述第一基线对应的两个阵元的相位差测量值，表示所述第二基线对应的两个阵元的相位差测量值，m表示第一系数，n表示第二系数，α表示所述第一基线与所述第二基线之间的夹角，L₁表示所述第一基线的长度，L₂表示所述第二基线的长度，(x₁,y₁)表示对应的第一阵元的坐标，(x₂,y₂)表示对应的第二阵元的坐标。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述入射角度确定模块包括：

数据计算单元，用于利用所述相位差模板计算所述第二入射角度范围内的各个角度对应的相位差模板数据；

测量值获取单元，用于获取所述当前阵列接收所述入射电磁波产生的相位差测量值；

角度确定单元，用于分别将各个角度对应的所述相位差模板数据与所述相位差测量值代入测向代价函数进行计算，得到相关度，将所述相关度最大时对应的角度确定为所述入射电磁波的入射角度。