CN107219496A - 一种改进的相关干涉仪鉴相方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的相关干涉仪鉴相方法，通过对辅助通道射频模块输出的中频信号进行90度移相，形成两路正交的中频信号后分别与参考通道的中频信号进行同时鉴相；两路鉴相结果经过模数转换以后进行象限解模糊，实现在四象限内的复数鉴相。与传统的鉴相方法相比，本发明在时间上无需进行先后移相操作，实现方法简单，到达角测量时间大大缩短；采用专用鉴相电路，可获得更大的动态范围；鉴相以后再采样，可使用较低速率数模转换器进行数据采集，设备成本低；鉴相结果用电压幅值表示，且与通道间的相位差呈线性关系。

Description

一种改进的相关干涉仪鉴相方法

技术领域

本发明属于无线电监测领域，尤其涉及一种改进的相关干涉仪鉴相方法。

背景技术

对电磁波信号辐射源方向的测量在军用和民用领域都具有十分重要的意义。信号测向的方法较多，从原理上可划分为两大类：振幅法测向和相位法测向。其中，相位法一般较振幅法有较高的测向精度。普通的相位法测向一般存在测向范围受限(通常测向范围在±60°范围内)和相位模糊的问题。虽然可采用长短基线匹配和虚拟阵元技术予以解决，但会增加算法的复杂程度，传播数据容易匹配错误。

利用相关干涉仪进行测向，相关干涉仪利用天线阵列的多个相位差数据进行拟合，避免了误差的传播。之所以称为相关干涉仪，其含义是比较，即通过比较获取的入射波相分布与事先已存的各方位、各频率来波相位分布的相似性来得到入射波方向。单信道相关干涉仪测向技术基于相位干涉原理，运用多阵元天线接收电磁波信号分别与参考阵元间进行鉴相，形成多个相位差，与标准数据库中的样本数据进行相关，以确定来波方向。这种测向技术的精度较高，可以覆盖全方位，且只需一个信道即可完成测向。

相关干涉仪已经在民用的无线电监测中得到了广泛的应用，例如罗德施瓦茨的DDF205，与采用幅度比较法的测向机相比，DDF205的测向精度明显高出很多，能达到ITU推荐标准的A级测向精度。DDF205采用9天线圆阵设计，天线单元数量较多，抗反射能力较强。即使反射波比率占50％，测向机照样能够提供稳定的方位测量。

如图1所示，罗德与施瓦茨采用传统的鉴相技术实现单个接收机对两个天线单元的接收信号相角φ进行测量。一个信号通过四步移相(0°/90°/180°/270°)送入积分器，然后在每种情况下将得到的信号结果与另一个信号进行合成。在每次移相之后，接收机对合成的信号幅度进行测量，将4个幅度值(A1/A2/A3/A4)的结果代入计算公式：

即可得到两个信号间的相角，天线的所有单元都会进行上述的计算。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种改进的相关干涉仪鉴相方法，应用于相关干涉仪对电磁波到达角的测量。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种改进的相关干涉仪鉴相方法，具体实施步骤如下：

(1)参考通道通过天线1接收空间射频信号，经过接收模块的放大、滤波、下变频后输出中频信号IF_r；

(2)对参考通道的中频信号IF_r进行对数检波；

(3)辅助通道利用电子开关在时间上依次选通天线2-9，并接入接收模块，经过放大、滤波、下变频后输出中频信号

(4)辅助通道的中频信号经90度移相，与原始中频信号形成正交的两路中频信号和

(5)将辅助通道的正交两路中频信号和分别与参考通道的中频信号IF_r进行鉴相，获得通道间信号的相位差向量

(6)信号处理板对相位差向量进行数据采样并进行象限解模糊；

(7)对天线2-9通道重复(2)～(6)的处理步骤8次，获得测量值，并通过信号处理板的外部接口发送至上位机；

(8)上位机将测量值与样本库中的样本数据进行相关处理，获得相关系数谱，并从谱中搜索峰值从而得到信号到达角；

(9)通过信号处理板控制接收机内本振频率的变化，对所关注的频段内各频点进行扫频处理，重复上述(1)～(8)的处理步骤，从而获得监测频段内的无线电频谱及辐射源到达角。

有益效果：本发明提出的改进方法，通过正交鉴相获得两通道内信号相位差的四象限复数向量，无需0°、90°、180°、270°依次移相切换和求反正切，大大简化了传统的鉴相方法，同时也缩短了信号到达角测量时间。

附图说明

图1是传统的鉴相方法；

图2是相关干涉仪总体框图；

图3是改进的正交鉴相方法；

图4是正交鉴相器相位-电压响应曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图2所示是本发明所述的相关干涉仪总体框图，为9天线单元，呈圆阵排列。天线1为参考天线，天线2～9通道分别与参考天线进行正交鉴相。

相关干涉仪包括接收机、信号处理板和显控软件；接收机包含接收模块、鉴相器和移相模块，接收模块可进行放大、滤波、下变频；信号处理板包含电子开关控制单元、采集模块和相位去模糊模块；显控软件包含数据接收模块、样本库和处理模块。

如图3所示是本发明所示的改进的相关干涉仪鉴相方法，具体实施步骤如下：

(1)参考通道通过天线1接收空间射频信号，经过接收模块的放大、滤波、下变频后输出中频信号IF_r；

(2)参考通道的中频信号IF_r进行对数检波，获得视频，用于某监测频点上信号强度的估计；

(3)辅助通道利用电子开关在时间上依次选通天线2-9，并接入接收模块，同样经过放大、滤波、下变频后输出中频信号电子开关由信号处理板控制单元控制；

(4)辅助通道的中频信号经过90度移相后，与原始中频信号形成正交的两路中频信号和用于后续的解象限模糊处理；

(5)将辅助通道的正交两路中频信号和分别与参考通道的中频信号IF_r进行鉴相，获得通道间信号的相位差向量 和的取值范围均为[0，180]；

(6)信号处理板对相位差向量进行数据采样并进行象限解模糊，象限解模糊采用最小二乘方法：

其中，Φ为与相位差值一一对应的I、Q通道鉴相理论向量值。

如图4所示是正交鉴相器相位-电压响应曲线。

(7)对天线2-9通道重复(2)～(6)的处理步骤8次，获得测量值 复数相位差矢量，并通过信号处理板的外部接口发送至上位机；

(8)上位机将测量值与样本库中的样本数据进行相关处理，获得相关系数谱，并从谱中搜索峰值从而得到信号到达角；

(9)通过信号处理板控制接收机内本振频率的变化，对所关注的频段内各频点进行扫频处理，重复上述(1)～(8)的处理步骤，从而获得监测频段内的无线电频谱及辐射源到达角。

与传统的相关干涉仪中的鉴相方法相比，只需进行一次移相，并采用专用的鉴相电路进行正交鉴相，可获得更大的动态范围。鉴相以后再进行数据采样，可使用较低速率数模转换器进行数据采集，实现方法简单，能大大缩短信号到达角测量时间。鉴相结果用电压幅值表示，且与通道间的相位差呈线性关系，鉴相分辨率可达到10mv/deg。

Claims (4)

1.一种改进的相关干涉仪鉴相方法，其特征在于：具体实施步骤如下：

(1)参考通道通过天线1接收空间射频信号，经过接收模块的放大、滤波、下变频后输出中频信号IF_r；

(2)对参考通道的中频信号IF_r进行对数检波；

(3)辅助通道利用电子开关在时间上依次选通天线2-9，并接入接收模块，经过放大、滤波、下变频后输出中频信号

(4)辅助通道的中频信号经90度移相，与原始中频信号形成正交的两路中频信号和

(5)将辅助通道的正交两路中频信号和分别与参考通道的中频信号IF_r进行鉴相，获得通道间信号的相位差向量

(6)信号处理板对相位差向量进行数据采样并进行象限解模糊；

(7)对天线2-9通道重复(2)～(6)的处理步骤8次，获得测量值，并通过信号处理板的外部接口发送至上位机；

(8)上位机将测量值与样本库中的样本数据进行相关处理，获得相关系数谱，并从谱中搜索峰值从而得到信号到达角；

(9)通过信号处理板控制接收机内本振频率的变化，对所关注的频段内各频点进行扫频处理，重复上述(1)～(8)的处理步骤，从而获得监测频段内的无线电频谱及辐射源到达角。

2.根据权利要求1所述的改进的相关干涉仪鉴相方法，其特征在于：电子开关由信号处理板控制单元控制。

3.根据权利要求1所述的改进的相关干涉仪鉴相方法，其特征在于：和的取值范围均为[0，180]。

4.根据权利要求1所述的改进的相关干涉仪鉴相方法，其特征在于：象限解模糊采用最小二乘方法：

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其中，Φ为与相位差值一一对应的I、Q通道鉴相理论向量值。