CN106383335A - 高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法及装置，其中方法包括：根据测向站的圆形天线阵列的半径以及测向站允许的最大相位误差确定测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；根据MUSIC谱的点数对圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列；根据虚拟圆形天线阵列对MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量；利用虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和变换后的特征向量计算MUSIC谱，根据计算得到的MUSIC谱在上述距离范围内确定近场干扰源的位置。本发明能够对测向站的近场干扰源进行定位，缓解现有技术无法对测向站的近场干扰源进行准确定位的问题。

Description

高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法及装置

技术领域

本发明涉及无线电技术领域，具体而言，涉及一种高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法及装置。

背景技术

随着城市化的快速发展，高频无线电固定测向站(以下简称测向站)周边的电磁环境日益恶化，近场的人为干扰源越来越多。近场干扰源发出的近场干扰信号以地波的方式传播，尽管地波传播时，电磁波的衰减较快，但对于距离较近的干扰源，测向站的天线仍然会收到较强的能量，直接影响测向站对弱小信号的测向处理。此外，对远距离目标进行多站交会定位时，在测向结果中不希望出现近场干扰源的干扰结果，否则可能会影响各测向站测向结果配对的正确性。因此，对测向站附近的近场干扰源的排查是十分必要的。然而，现有技术中在利用测向站进行测向处理时，普遍基于远场假设，现有技术无法对测向站的近场干扰源进行准确定位。

针对现有技术无法对测向站的近场干扰源进行准确定位的问题，目前尚未提出很好的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法及装置，能够对测向站的近场干扰源进行定位，缓解现有技术无法对测向站的近场干扰源进行准确定位的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法，所述方法包括：根据测向站的圆形天线阵列的半径以及所述测向站允许的最大相位误差确定所述测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；根据MUSIC谱的点数对所述圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，其中，所述虚拟圆形天线阵列中的阵元数量与所述MUSIC谱的点数相等；根据所述虚拟圆形天线阵列对所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，其中，所述变换后的特征向量与所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量相匹配；利用所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和所述变换后的特征向量计算所述MUSIC谱，根据计算得到的所述MUSIC谱在所述距离范围内确定所述近场干扰源的位置。

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，根据测向站的圆形天线阵列的半径以及所述测向站允许的最大相位误差确定所述测向站能够定位的近场干扰源的距离范围，包括：通过以下公式根据测向站的圆形天线阵列的半径以及所述测向站允许的最大相位误差确定所述测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；其中，d₁表示所述测向站能够定位的近场干扰源的距离，π表示圆周率，R表示所述圆形天线阵列的半径，λ表示电磁波的波长，表示所述测向站允许的最大相位误差。

结合第一方面，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，根据MUSIC谱的点数对所述圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，包括：计算所述MUSIC谱的点数与所述圆形天线阵列的阵元数量之间的差值；在所述圆形天线阵列中增加所述差值个输出为0的虚拟阵元，得到所述虚拟圆形天线阵列。

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，根据所述虚拟圆形天线阵列对所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，包括：根据所述虚拟圆形天线阵列中的各元素与所述圆形天线阵列中的各元素的位置关系，在所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中添加0元素，得到所述变换后的特征向量，所述变换后的特征向量中的各元素与所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中的各元素之间的位置关系，与所述虚拟圆形天线阵列中的各元素与所述圆形天线阵列中的各元素的位置关系一致。

结合第一方面上述的实施方式，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，利用所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和所述变换后的特征向量计算MUSIC谱，根据计算得到的所述MUSIC谱在所述距离范围内确定所述近场干扰源的位置，包括：通过快速傅里叶变换对所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和所述变换后的特征向量进行卷积计算，得到所述MUSIC谱；将所述距离范围内所述MUSIC谱的谱峰对应的方位作为所述近场干扰源对于所述圆形天线阵列的入射角，将所述距离范围内所述MUSIC谱的谱峰对应的距离作为所述近场干扰源与所述圆形天线阵列的中心点之间的距离。

第二方面，本发明实施例提供了一种高频无线电固定测向站近场干扰源的定位装置，所述装置包括：范围确定模块，用于根据测向站的圆形天线阵列的半径以及所述测向站允许的最大相位误差确定所述测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；阵列虚拟化模块，用于根据MUSIC谱的点数对所述圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，其中，所述虚拟圆形天线阵列中的阵元数量与所述MUSIC谱的点数相等；向量变换模块，用于根据所述虚拟圆形天线阵列对所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，其中，所述变换后的特征向量与所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量相匹配；干扰源定位模块，用于利用所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和所述变换后的特征向量计算所述MUSIC谱，根据计算得到的所述MUSIC谱在所述距离范围内确定所述近场干扰源的位置。

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，所述范围确定模块具体用于：通过以下公式根据测向站的圆形天线阵列的半径以及所述测向站允许的最大相位误差确定所述测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；其中，d₁表示所述测向站能够定位的近场干扰源的距离，π表示圆周率，R表示所述圆形天线阵列的半径，λ表示电磁波的波长，表示所述测向站允许的最大相位误差。

结合第二方面，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，所述阵列虚拟化模块包括：计算单元，用于计算所述MUSIC谱的点数与所述圆形天线阵列的阵元数量之间的差值；增加单元，用于在所述圆形天线阵列中增加所述差值个输出为0的虚拟阵元，得到所述虚拟圆形天线阵列。

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，所述向量变换模块具体用于：根据所述虚拟圆形天线阵列中的各元素与所述圆形天线阵列中的各元素的位置关系，在所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中添加0元素，得到所述变换后的特征向量，所述变换后的特征向量中的各元素与所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中的各元素之间的位置关系，与所述虚拟圆形天线阵列中的各元素与所述圆形天线阵列中的各元素的位置关系一致。

结合第二方面上述的实施方式，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，所述干扰源定位模块包括：卷积单元，用于通过快速傅里叶变换对所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和所述变换后的特征向量进行卷积计算，得到所述MUSIC谱；确定单元，用于将所述距离范围内所述MUSIC谱的谱峰对应的方位作为所述近场干扰源对于所述圆形天线阵列的入射角，将所述距离范围内所述MUSIC谱的谱峰对应的距离作为所述近场干扰源与所述圆形天线阵列的中心点之间的距离。

本发明实施例中，首先根据测向站的圆形天线阵列的半径以及测向站允许的最大相位误差确定测向站能够定位的近场干扰源的距离范围，其次根据MUSIC谱的点数对圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，然后根据虚拟圆形天线阵列对MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，最后利用虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和变换后的特征向量计算MUSIC谱，根据计算得到的MUSIC谱在距离范围内确定近场干扰源的位置。通过本发明实施例中的定位方法及定位装置，能够对测向站的近场干扰源进行定位，缓解现有技术无法对测向站的近场干扰源进行准确定位的问题。

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高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的测向站的圆形天线矩阵与近场干扰源的位置示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的测向站的圆形天线矩阵与远场干扰信号的位置示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的圆形天线阵列虚拟化的示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的高频无线电固定测向站近场干扰源的定位装置的结构示意图。

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。

考虑到现有技术无法对测向站的近场干扰源进行准确定位的问题，本发明提供了一种高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法及装置，下面结合实施例进行具体描述。

图1示出了本发明实施例所提供的高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S102，根据测向站的圆形天线阵列的半径以及测向站允许的最大相位误差确定测向站能够定位的近场干扰源的距离范围。

由于本实施例中的方法目的在于对测向站的近场干扰源进行定位，因此需要首先通过本步骤确定测向站能够定位的近场干扰源的距离范围。具体地，通过以下公式(1)根据测向站的圆形天线阵列的半径以及测向站允许的最大相位误差确定测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；

其中，d₁表示测向站能够定位的近场干扰源的距离，π表示圆周率，R表示圆形天线阵列的半径，λ表示电磁波的波长，表示测向站允许的最大相位误差。

图2示出了本发明实施例所提供的测向站的圆形天线矩阵与近场干扰源的位置示意图，图3示出了本发明实施例所提供的测向站的圆形天线矩阵与远场干扰信号的位置示意图，下面结合图2和图3详细说明公式(1)的具体推导过程。

如图2和图3所示，测向站中最常见的为圆形天线阵列，设圆形天线阵列的半径为R，阵元数为M，按顺时针方向对各阵元进行编号，编号从0开始，0°方向的阵元为0号阵元。

设近场干扰源距离圆形天线阵列的中心点的距离为d₁，入射角为θ，近场干扰源到第m个阵元的距离为d₂，则第m个阵元到圆形天线阵列的中心点的相位差为

其中，λ为入射电磁波的波长。由于

$d_2=\sqrt{d_1^2+R^2-2d_{1}Rcos(\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}m}{M})}---\left(3\right)$

于是：

因此，存在近场干扰时，圆形天线阵列的近场方向向量a_s(θ,d₁)可以表示为：

a_s(θ,d₁)＝[α_s0(θ,d₁)α_s1(θ,d₁)…α_sm(θ,d₁)…α_s(M-1)(θ,d₁)] (5)

其中

图3中，设圆形天线阵列的半径为R，阵元数为M，按顺时针方向对各阵元进行编号，编号从0开始，0°方向的阵元为0号阵元，设远场干扰信号的入射角为θ，第m个阵元与0号阵元之间的夹角为β。对于远场入射的干扰信号，圆形天线阵列的远场方向向量a_p(θ)可以表示为：

a_p(θ)＝[α_p0(θ)α_p1(θ)…α_pm(θ)…α_pM-1(θ)] (7)

根据平面波模型，以圆形天线阵列的中心点为相位参考点，第m个阵元到相位参考点的相位差为：

其中，于是：

其中，λ为入射电磁波的波长。

在图2中，近场干扰源发射的电磁波的波前可以看作以干扰源为圆心的同心圆，当圆形天线阵列的中心点距离干扰源足够远，到达远场条件时，圆形天线阵列中阵元处的波前对应的圆弧，可近似看作直线，从而可由图2近似得到图3。

测向处理中，远场与近场的划分根据干扰信号入射波前是否能被当作平面波来确定。阵列流形采用远场模型还是近场模型，同样可以根据近场与远场条件下阵列流形的差异来确定。当干扰源与圆形天线阵列的中心点的距离逐渐变大，大到近场与远场条件下阵列流形的差异小于测向站允许的系统误差时，近场模型与远场模型不再具有区分度，近场条件下的阵列流形与远场阵列流形几乎一致，对距离不再敏感，此时本实施例中对干扰源进行定位的方法也就失效了。

因此，考虑通过对远场阵列流形与近场阵列流形的差异的分析确定本实施例中的方法适用的近场干扰源定位范围。

设测向站允许的最大系统相位误差为远场阵列流形与近场阵列流形的差异造成的相位误差为则干扰源距离圆形天线阵列的中心点的距离到达远场条件时，要求：

||angle(a_p)-angle(a_s)||_max＝Δφ_m≤Δφ_max (10)

而

而

$d_1=d_2*cos\left(\mathrm{\β}\right)+R*cos(\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}m}{M})---\left(12\right)$

故

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\φ}}_m=\frac{2{\mathrm{\πd}}_2}{\mathrm{\λ}}(1-cos(\mathrm{\β}\left)\right)\\ =\frac{4{\mathrm{\πd}}_2}{\mathrm{\λ}}\left({\sin }^2\right(\frac{\mathrm{\β}}{2}\left)\right)\end{array}---\left(13\right)$

而

$sin\left(\frac{\mathrm{\β}}{2}\right)=\frac{Rsin(\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}m}{M})}{2d_2}---\left(14\right)$

于是

当干扰源达到远场距离时，若则Δφ_m达到最大，此时，Δφ_m＝Δφ_max，此时，可以认为d₂≈d₁，于是，干扰源相对于圆形天线阵列的远场条件为：

$d_1\≥\frac{{\mathrm{\πR}}^2}{{\mathrm{\λ\Δ\φ}}_{max}}---\left(16\right)$

相应地，可以得出测向站能够定位的近场干扰源的距离范围为：

公式(17)就是公式(1)，也即测向站能够定位的近场干扰源的距离范围的确定公式。

利用公式(6)，在近场范围内，计算不同方位、距离条件下的近场方向向量，由这些近场方向向量就可以构成近场条件下的阵列流形矩阵。

实际上，结合式(11)、式(15)与式(3)，近场下，式(6)也可以表示成：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_{sm}(\mathrm{\θ},d_1)=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}R}{\mathrm{\λ}}\cos \right(\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}m}{M})-j\frac{{\mathrm{\πR}}^2{\sin }^2(\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}m}{M})}{\mathrm{\λ}\sqrt{d_1^2+R^2-2d_{1}R\cos (\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}m}{M})}})\\ ={\mathrm{\α}}_{pm}\left(\mathrm{\θ}\right)\exp (-j\frac{{\mathrm{\πR}}^2{\sin }^2(\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}m}{M})}{\mathrm{\λ}\sqrt{d_1^2+R^2-2d_{1}R\cos (\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}m}{M})}})\\ ={\mathrm{\α}}_{pm}\left(\mathrm{\θ}\right)\mathrm{\χ}(\mathrm{\θ},d_1)\end{array}---\left(18\right)$

式(18)是式(6)的等价变换，通过式(18)可以得出近场方向向量与远场方向向量的关系，可以看出，当d₁足够大时，χ(θ,d₁)→0，此时，近场的阵列流形与远场一致。

通过步骤S102，能够得到测向站能够定位的近场干扰源的距离范围，从而便于后续在该距离范围内确定近场干扰源。

步骤S104，根据MUSIC谱的点数对圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，其中，虚拟圆形天线阵列中的阵元数量与MUSIC谱的点数相等。

具体地，计算MUSIC谱的点数与圆形天线阵列的阵元数量之间的差值，在圆形天线阵列中增加该差值个输出为0的虚拟阵元，得到虚拟圆形天线阵列。

在进行测向定位时，采用MUSIC算法，该算法具有多信号处理能力，可以实现高频复杂环境下的多个干扰源的定位。

MUSIC算法首先将圆形天线阵列输出的数据协方差矩阵进行特征分解，获得信号子空间a^H(θ,d₁)与噪声子空间U_n，再利用信号子空间a^H(θ,d₁)与噪声子空间U_n的正交性，即：

a^H(θ,d₁)U_n＝0 (19)

从而可定义MUSIC谱P_MUSIC的计算表达式：

$P_{MUSIC}=\frac{1}{{\left|a^H{U}_n\right|}^2}---\left(20\right)$

其中，运算符H表示共轭转置。通过联合方位与距离计算二维MUSIC谱，通过搜索谱峰位置，即可得到干扰源的方位与距离。实际计算中，式(19)中的a^H(θ,d₁)就是前述的近场方向向量a_s(θ,d₁)。

考虑到方位与距离的二维MUSIC谱的计算量较大，本实施例对计算方法进行优化。当近场干扰源距离圆形天线阵列的中心点的距离d₁固定时，若MUSIC谱的点数L与阵元数M相等，则用于计算MUSIC谱的各近场方向向量之间，各分量具有圆周循环特性。即：

a_s→k(θ₀,d₁)＝a_s(θ_k,d₁) (21)

其中，a_s→k表对a_s中各分量圆周右移k次。

根据这一特性，当M＝L时，MUSIC算法中各近场方向向量与噪声子空间的特征向量作内积得到的结果，与a_s(θ₀,d₁)和噪声子空间的特征向量的循环卷积结果是相同的。但实际情况通常L＞＞M，因此，不能直接利用近场方向向量与特征向量的卷积来计算MUSIC谱此时，可采用如下方法进行处理。

首先，将圆阵变化成一个虚拟的大阵元数的均匀圆阵。如图4所示，计算MUSIC谱的点数与圆形天线阵列的阵元数量之间的差值，在圆形天线阵列中增加该差值个输出为0的虚拟阵元，得到虚拟圆形天线阵列。虚拟阵元为0输出。虚拟圆形天线阵列的阵元数与MUSIC谱点数相等，即K＝L，则满足利用卷积来计算MUSIC谱的条件。此时，虚拟圆形天线阵列的近场方向向量表示为：

${\tilde{a}}_s(\mathrm{\θ},d_1)=\left[\begin{array}{cccccc}{\widetilde{\mathrm{\α}}}_{s0}(\mathrm{\θ},d_1)& {\widetilde{\mathrm{\α}}}_{s1}(\mathrm{\θ},d_1)& \mathrm{...}& {\widetilde{\mathrm{\α}}}_{sm}(\mathrm{\θ},d_1)& \mathrm{...}& {\widetilde{\mathrm{\α}}}_{s(K-1)}(\mathrm{\θ},d_1)\end{array}\right]---\left(22\right)$

步骤S106，根据虚拟圆形天线阵列对MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，其中，变换后的特征向量与虚拟圆形天线阵列的近场方向向量相匹配。

具体地，根据虚拟圆形天线阵列中的各元素与圆形天线阵列中的各元素的位置关系，在MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中添加0元素，得到变换后的特征向量，变换后的特征向量中的各元素与MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中的各元素之间的位置关系，与虚拟圆形天线阵列中的各元素与圆形天线阵列中的各元素的位置关系一致。

由于经过步骤S104，近场方向向量从大小由1×M变成了1×L，原噪声子空间中的特征向量的大小也需要做相应的变换，从而与变换后的近场方向向量大小相匹配。通过在噪声子空间U_n中添加0元素进行变换。0元素与原特征向量各元素的位置关系，与虚拟阵元与真实阵元的位置关系一致。存在N个干扰源时，添加0元素前后噪声子空间分别表示为：

其中，中的元素与U_n中的元素u_i,j对应。

步骤S108，利用虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和变换后的特征向量计算MUSIC谱，根据计算得到的MUSIC谱在上述距离范围内确定近场干扰源的位置。

本步骤中，首先通过快速傅里叶变换对虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和变换后的特征向量进行卷积计算，得到MUSIC谱，然后将上述距离范围内MUSIC谱的谱峰对应的方位作为近场干扰源对于圆形天线阵列的入射角，将上述距离范围内MUSIC谱的谱峰对应的距离作为近场干扰源与圆形天线阵列的中心点之间的距离，从而对近场干扰源进行定位。

具体地，将各分量循环右移k次后的向量记为则计算θ_k方向上MUSIC谱的近场方向向量于是：

${{\tilde{a}}_s}^H({\mathrm{\θ}}_k,d_1){\tilde{U}}_n={\tilde{a}}_{s\→k}^H({\mathrm{\θ}}_0,d_1){\tilde{U}}_n---\left(25\right)$

利用虚拟圆形天线阵列计算MUSIC谱的表达式为：

$P_{MUSIC}^{Inv}={\left|\left[\begin{array}{c}{{\tilde{a}}_s}^H({\mathrm{\θ}}_0,d_1)\\ {{\tilde{a}}_s}^H({\mathrm{\θ}}_1,d_1)\\ .\\ .\\ .\\ {{\tilde{a}}_s}^H({\mathrm{\θ}}_{L-1},d_1)\end{array}\right]{\tilde{U}}_n\right|}^2={\left|{\tilde{B}}_{L\×L}{\tilde{U}}_n\right|}^2---\left(26\right)$

通过前面的分析可知，距离一定时，中的第k+1行向量可以通过第1行向量对各分量进行k次循环移动得到。由于K＝L，从而MUSIC谱的计算可以利用与各特征向量进行卷积计算完成。考虑到卷积计算可用通过DFT(离散傅里叶变换，Discrete Fourier Transform)来实现，当L＝2ⁿ时，DFT可由快速傅立叶变换(FFT)完成，从而，距离为d₁时MUSIC谱的计算可以表示为：

$P_{MUSIC}=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{M-N}{\Σ}}{\left|IFFT\left(FFT\right({\tilde{a}}_s^H\left({\mathrm{\θ}}_0,d_1\right))\·FFT({\tilde{u}}_i^T\left)\right)\right|}^2}---\left(27\right)$

其中为的第i个列向量的转置，·表示点乘。P_MUSIC是θ₀、d₁的函数，计算不同方位、距离P_MUSIC的值，可以得到关于方位与距离的二维MUSIC谱，MUSIC谱中，谱峰所在位置对应的方位与距离，即为干扰源位置的估计。

本发明实施例中，根据近场信号测向处理时的阵列流形与方位角与距离相关的特点，提出在高频测向系统中使用近场测向定位技术，解决高频测向站近场干扰源的定位问题，实现对影响测向系统工作的近场干扰源的排查。为了同时对多个近场干扰源进行定位，本发明实施例采用具有多信号分辨能力的MUSIC算法。通过对近场模型的分析，提出了近场条件下距离-方位联合估计的MUSIC算法实现思路，可实现多个近场干扰源位置的快速获取。

本发明实施例中，首先根据测向站的圆形天线阵列的半径以及测向站允许的最大相位误差确定测向站能够定位的近场干扰源的距离范围，其次根据MUSIC谱的点数对圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，然后根据虚拟圆形天线阵列对MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，最后利用虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和变换后的特征向量计算MUSIC谱，根据计算得到的MUSIC谱在距离范围内确定近场干扰源的位置。通过本发明实施例中的方法，能够对测向站的近场干扰源进行定位，缓解现有技术无法对测向站的近场干扰源进行准确定位的问题。

对应上述的高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法，本发明实施例还提供了高频无线电固定测向站近场干扰源的定位装置，如图5所示，该定位装置包括：

范围确定模块51，用于根据测向站的圆形天线阵列的半径以及测向站允许的最大相位误差确定测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；

阵列虚拟化模块52，用于根据MUSIC谱的点数对圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，其中，虚拟圆形天线阵列中的阵元数量与MUSIC谱的点数相等；

向量变换模块53，用于根据虚拟圆形天线阵列对MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，其中，变换后的特征向量与虚拟圆形天线阵列的近场方向向量相匹配；

干扰源定位模块54，用于利用虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和变换后的特征向量计算MUSIC谱，根据计算得到的MUSIC谱在上述距离范围内确定近场干扰源的位置。

上述范围确定模块51具体用于：通过以下公式根据测向站的圆形天线阵列的半径以及测向站允许的最大相位误差确定测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；

其中，d₁表示测向站能够定位的近场干扰源的距离，π表示圆周率，R表示圆形天线阵列的半径，λ表示电磁波的波长，表示测向站允许的最大相位误差。

上述阵列虚拟化模块52包括：计算单元，用于计算MUSIC谱的点数与圆形天线阵列的阵元数量之间的差值；增加单元，用于在圆形天线阵列中增加该差值个输出为0的虚拟阵元，得到虚拟圆形天线阵列。

上述向量变换模块53具体用于：根据虚拟圆形天线阵列中的各元素与圆形天线阵列中的各元素的位置关系，在MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中添加0元素，得到变换后的特征向量，变换后的特征向量中的各元素与MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中的各元素之间的位置关系，与虚拟圆形天线阵列中的各元素与圆形天线阵列中的各元素的位置关系一致。

上述干扰源定位模块54包括：卷积单元，用于通过快速傅里叶变换对虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和变换后的特征向量进行卷积计算，得到MUSIC谱；确定单元，用于将距离范围内MUSIC谱的谱峰对应的方位作为近场干扰源对于圆形天线阵列的入射角，将距离范围内MUSIC谱的谱峰对应的距离作为近场干扰源与圆形天线阵列的中心点之间的距离。

本发明实施例中，根据近场信号测向处理时的阵列流形与方位角与距离相关的特点，提出在高频测向系统中使用近场测向定位技术，解决高频测向站近场干扰源的定位问题，实现对影响测向系统工作的近场干扰源的排查。为了同时对多个近场干扰源进行定位，本发明实施例采用具有多信号分辨能力的MUSIC算法。通过对近场模型的分析，提出了近场条件下距离-方位联合估计的MUSIC算法实现思路，可实现多个近场干扰源位置的快速获取。

本发明实施例中，首先根据测向站的圆形天线阵列的半径以及测向站允许的最大相位误差确定测向站能够定位的近场干扰源的距离范围，其次根据MUSIC谱的点数对圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，然后根据虚拟圆形天线阵列对MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，最后利用虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和变换后的特征向量计算MUSIC谱，根据计算得到的MUSIC谱在距离范围内确定近场干扰源的位置。通过本发明实施例中的定位装置，能够对测向站的近场干扰源进行定位，缓解现有技术无法对测向站的近场干扰源进行准确定位的问题。

本发明实施例所提供的高频无线电固定测向站近场干扰源的定位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.高频无线电固定测向站近场干扰源的定位方法，其特征在于，所述方法包括：

根据测向站的圆形天线阵列的半径以及所述测向站允许的最大相位误差确定所述测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；

根据MUSIC谱的点数对所述圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，其中，所述虚拟圆形天线阵列中的阵元数量与所述MUSIC谱的点数相等；

根据所述虚拟圆形天线阵列对所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，其中，所述变换后的特征向量与所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量相匹配；

利用所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和所述变换后的特征向量计算所述MUSIC谱，根据计算得到的所述MUSIC谱在所述距离范围内确定所述近场干扰源的位置。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，根据测向站的圆形天线阵列的半径以及所述测向站允许的最大相位误差确定所述测向站能够定位的近场干扰源的距离范围，包括：

通过以下公式根据测向站的圆形天线阵列的半径以及所述测向站允许的最大相位误差确定所述测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；

其中，d₁表示所述测向站能够定位的近场干扰源的距离，π表示圆周率，R表示所述圆形天线阵列的半径，λ表示电磁波的波长，表示所述测向站允许的最大相位误差。

3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，根据MUSIC谱的点数对所述圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，包括：

计算所述MUSIC谱的点数与所述圆形天线阵列的阵元数量之间的差值；

在所述圆形天线阵列中增加所述差值个输出为0的虚拟阵元，得到所述虚拟圆形天线阵列。

4.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，根据所述虚拟圆形天线阵列对所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，包括：

根据所述虚拟圆形天线阵列中的各元素与所述圆形天线阵列中的各元素的位置关系，在所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中添加0元素，得到所述变换后的特征向量，所述变换后的特征向量中的各元素与所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中的各元素之间的位置关系，与所述虚拟圆形天线阵列中的各元素与所述圆形天线阵列中的各元素的位置关系一致。

5.根据权利要求1至4任一项所述的定位方法，其特征在于，利用所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和所述变换后的特征向量计算MUSIC谱，根据计算得到的所述MUSIC谱在所述距离范围内确定所述近场干扰源的位置，包括：

通过快速傅里叶变换对所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和所述变换后的特征向量进行卷积计算，得到所述MUSIC谱；

将所述距离范围内所述MUSIC谱的谱峰对应的方位作为所述近场干扰源对于所述圆形天线阵列的入射角，将所述距离范围内所述MUSIC谱的谱峰对应的距离作为所述近场干扰源与所述圆形天线阵列的中心点之间的距离。

6.高频无线电固定测向站近场干扰源的定位装置，其特征在于，所述装置包括：

范围确定模块，用于根据测向站的圆形天线阵列的半径以及所述测向站允许的最大相位误差确定所述测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；

阵列虚拟化模块，用于根据MUSIC谱的点数对所述圆形天线阵列进行虚拟化，得到虚拟圆形天线阵列，其中，所述虚拟圆形天线阵列中的阵元数量与所述MUSIC谱的点数相等；

向量变换模块，用于根据所述虚拟圆形天线阵列对所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量进行变换，得到变换后的特征向量，其中，所述变换后的特征向量与所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量相匹配；

干扰源定位模块，用于利用所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和所述变换后的特征向量计算所述MUSIC谱，根据计算得到的所述MUSIC谱在所述距离范围内确定所述近场干扰源的位置。

7.根据权利要求6所述的定位装置，其特征在于，所述范围确定模块具体用于：

通过以下公式根据测向站的圆形天线阵列的半径以及所述测向站允许的最大相位误差确定所述测向站能够定位的近场干扰源的距离范围；

其中，d₁表示所述测向站能够定位的近场干扰源的距离，π表示圆周率，R表示所述圆形天线阵列的半径，λ表示电磁波的波长，表示所述测向站允许的最大相位误差。

8.根据权利要求6所述的定位装置，其特征在于，所述阵列虚拟化模块包括：

计算单元，用于计算所述MUSIC谱的点数与所述圆形天线阵列的阵元数量之间的差值；

增加单元，用于在所述圆形天线阵列中增加所述差值个输出为0的虚拟阵元，得到所述虚拟圆形天线阵列。

9.根据权利要求6所述的定位装置，其特征在于，所述向量变换模块具体用于：

根据所述虚拟圆形天线阵列中的各元素与所述圆形天线阵列中的各元素的位置关系，在所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中添加0元素，得到所述变换后的特征向量，所述变换后的特征向量中的各元素与所述MUSIC谱的噪声子空间的特征向量中的各元素之间的位置关系，与所述虚拟圆形天线阵列中的各元素与所述圆形天线阵列中的各元素的位置关系一致。

10.根据权利要求6至9任一项所述的定位装置，其特征在于，所述干扰源定位模块包括：

卷积单元，用于通过快速傅里叶变换对所述虚拟圆形天线阵列的近场方向向量和所述变换后的特征向量进行卷积计算，得到所述MUSIC谱；

确定单元，用于将所述距离范围内所述MUSIC谱的谱峰对应的方位作为所述近场干扰源对于所述圆形天线阵列的入射角，将所述距离范围内所述MUSIC谱的谱峰对应的距离作为所述近场干扰源与所述圆形天线阵列的中心点之间的距离。