CN108008347B - 用于acas的测向方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于ACAS的测向方法，包含一、将四路中频信号并行进行检波和鉴相处理，从检波结果中选取两路最强包络信号从而确定信号方位区域，从鉴相结果中获取四个方位角度值；二、将两路最强包络信号根据比幅测向公式计算出比幅角度值，将四个方位角度值经过融合输出一个比相角度值和置信度；三、如果比相角度值超出信号方位区域，则采用比幅角度值；步骤四、当比幅角度值和比相角度值差距较大时，如果比相角度值的置信度为高时，采纳比相角度值，否者输出比幅角度值；当比幅角度值和比相角度值angle_F差距较小，则采纳比相角度值。本发明解决了比幅测向精度不高，比相测向相位模糊和稳定性差的问题。

Description

用于ACAS的测向方法
技术领域
本发明属于航空无线电测向领域，特别涉及ACAS系统的测向方法。
背景技术
ACAS(机载防撞系统)是防止飞机空中相撞的有效技术手段，是保障飞行安全的核心设备之一。ACAS系统对于测向的精度和稳定性有着很高的要求，空域电磁环境随着航空运输业的发展变得愈加复杂，再加上复杂恶劣的环境，使得ACAS的测向系统出现测向失准的情况。
目前ACAS系统的使用的测向方法主要有比幅和比相测向两种。比幅测向属于全向振幅单脉冲测向技术，比幅测向系统通过对两个或者两个以上信道所接受的同一外接信号的幅度进行幅度比较来完成测向功能。比幅测向通过功率比较获得两路最强信号，比较两路最强信号获得方位角度。比幅测向系统接收通道简单，角度易处理获得，比幅测向抗干扰性强，性能稳定，但是测向精度不高，灵敏度度低，应用于对于测量精度要求不高的领域。
相位干涉测向实质是利用辐射信号在接收天线上形成的相位差来确定辐射源方向。但若天线阵元之间的距离大于来波波长的一半，将引起测向模糊，需解相位模糊，若相距过近，天线阵元间的互耦将影响波阵面，导致入射波相位和幅度分布失真，从而引起测向误差。比相测向系统测向精度高，灵敏度高，易受干扰的影响，但是可以通过算法不断提升比相系统的测向性能和测量角度的精度。
现有的ACAS的测向系统，结构繁杂，不适合新型航电系统的发展要求，难以满足航空运输发展对于ACAS系统测向可靠性和精度的要求。如何在复杂的空域环境下获取精确的方位信息变得尤为重要。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种用于ACAS(机载防撞系统)的测向方法，该测向方法将ACAS的四单元定向天线对不同方位信号的幅度特性和相位特性充分结合，利用软件无线电技术，对中频数据进行采样处理，以幅度特性先判别方位区域，利用比相测向的精度高优势确定精确方位。利用该方法，解决了比幅测向精度不高，比相测向相位模糊和稳定性差的问题。具有测向稳定性好，测向精度高的特点，对于ACAS测向等应用场合具有一定的应用价值。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现
一种用于ACAS的测向方法，其方法步骤为：
步骤一、将四单元定向天线输出的四路射频信号经中频采样后并行进行检波和鉴相处理，从检波结果中选取两路最强包络信号从而确定信号方位区域，即将信号方位限定在45度的范围内，克服相位模糊问题和比相失效的情况。从鉴相结果中获取四个方位角度值。相位是指180°的相位模糊，比相失效是在强干扰情况下，误差较大。
步骤二、将两路最强包络信号根据比幅测向公式计算出比幅角度值angle_A，将四个方位角度值经过融合输出一个比相角度值angle_F和置信度。
步骤三、如果比相角度值angle_F超出所述信号方位区域，则丢弃比相角度值angle_F，采用比幅角度值angle_A，测向结束；否则进入步骤四。
步骤四、当比幅角度值angle_A和比相角度值angle_F差距较大时，如果比相角度值angle_F的置信度为高时，采纳比相角度值angle_F，否者输出比幅角度值angle_A；当比幅角度值angle_A和比相角度值angle_F差距较小，则采纳比相角度值angle_F。
45度信号方位区域根据信号幅度衰减特性，信号越强说明目标方位离天线越近，两两天线位置组合将信号限定在90°，比较最强包络信号和次强包络信号，则将信号方位区域在45度范围。
步骤二中将四个方位角度值经过融合输出一个比相角度值angle_F和置信度的方法为：
首先算出的四个方位角度值angle0、angle1、angle2、angle3两两之间的角度差，如果角度差都较大则输出angle_F＝angle0，设置信度低；如果两两之间的角度差较小，求出方位角度值angle0与angle1的均值mean0，angle2与angle3的均值mean1；其中angle0与angle1对称，angle2与angle3对称。
然后计算均值mean0和均值mean1差值，如果差值较大则输出angle_F＝(mean0+mean1)/2，置信度为高；如果均值mean0和均值mean1的差值较小则angle_F为angle0与angle1、angle2与angle3中差距较小的一个，置信度为高。
比相角度值angle_F与比幅角度值angle_A可以根据实际应用场景具体设置。
附图说明
图1为系统信号流程图
图2为四元阵天线波束覆盖图
图3为比相测试原理图
图4为比相方位角度融合处理图
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明公开了一种运用于ACAS(机载防撞系统)的测向方法，该方法将ACAS的四单元定向天线对不同方位信号的幅度特性和相位特性充分结合，以幅度特性先判别方位区域，利用比相测向的精准度优势确定精确方位。利用该方法，解决了比幅测向精度不高，比相测向相位模糊和稳定性差的问题。
本发明的具体实现工程如下：
如图2所示，四单元定向天线布局图中4个相邻的天线覆盖360度空域，每个天线间隔90°放置，天线阵子之间的长度小于ACAS接收信号的波长的一半。以载机机头方向为0°，建立直角坐标系，而四天线的轴线方向正好与45°、135°、225°、315°方向一致，将空域化为8个区域(I、II…VIII)。
将四单元定向天线接收到的4路射频信号进行中频采样后分别进行检波和鉴相处理，数字检波获得四路包络信号，利用包络信号计算脉冲的功率值，获取两个最大功率的包络信号。根据公式θ＝(-1)φKRdB+45φ，其中φ为划分的8个区域如图2所示，K为比例系数，k＝-0.1302，RdB为两个最强信号的对数比。得到信号方位区域。将两路最强包络信号根据比幅测向公式计算出比幅角度值angle_A。
利用传统的边沿鉴相方法获取CB、CD、AB、AD的相位差。利用鉴相得到的CB、CD、AB、AD的相位差，计算得出四个方位角度值angle0，angle1，angle2，angle3。其中angle0由CBD得到，angle1由ABD得到，angle2由BAC得到，angle3由DAC得到。对四个方位角度值进行融合处理，得出一个比相角度值angle_F和置信度。
融合比相角度值angle_F和置信度的方法为：
首先算出的四个方位角度值两两之间的角度差，如果角度差都较大则输出angle0，设置信度低。如果角度差较，求出angle0与angle1的均值mean0，angle2与angle3的均值mean1。如果mean0和mean1差距较大输出mean0和mean1的均值作为比相角度值angle_F，置信度为高。如果mean0和mean1差较小则输出angle0与angle1、angle2与angle3中差距较小的一个作为比相角度值angle_F，置信度为高。
如果比相角度值angle_F超出比幅限定的45度信号方位区域的话，说明比相测向的数据失准，采用比幅角度值angle_A。
如果比相角度值angle_F未超出45度信号方位区域，当比幅角度值angle_A和比相角度值angle_F差距较大时，比较比幅角度值angle_A和比相角度值angle_F，如果比相角度值angle_F的置信度为高时，采纳比相角度值angle_F，否者输出比幅角度值angle_A，当比幅角度值angle_A和比相角度值angle_F两者相近时，在5度的范围内，则采纳比相角度值angle_F，测向精度高。

Claims (2)

1.一种用于ACAS的测向方法，其方法步骤为：
步骤一、将四单元定向天线输出的四路射频信号经中频采样后并行进行检波和鉴相处理，从检波结果中选取两路最强包络信号从而确定信号方位区域，从鉴相结果中获取四个方位角度值；
步骤二、将两路最强包络信号根据比幅测向公式计算出比幅角度值angle_A，将四个方位角度值经过融合输出一个比相角度值angle_F和置信度；
步骤三、如果比相角度值angle_F超出所述信号方位区域，则丢弃比相角度值angle_F，采用比幅角度值angle_A，测向结束；否则进入步骤四；
步骤四、当比幅角度值angle_A和比相角度值angle_F差距较大时，如果比相角度值angle_F的置信度为高时，采纳比相角度值angle_F，否者输出比幅角度值angle_A；当比幅角度值angle_A和比相角度值angle_F差距较小，则采纳比相角度值angle_F。
2.根据权利要求1所述的一种用于ACAS的测向方法，其特征在于所述步骤二中将四个方位角度值经过融合输出一个比相角度值angle_F和置信度的方法为：
首先算出的四个方位角度值angle0、angle1、angle2、angle3两两之间的角度差，如果角度差都较大则输出angle_F＝angle0，设置信度低；如果两两之间的角度差较小，求出方位角度值angle0与angle1的均值mean0，angle2与angle3的均值mean1；
然后计算均值mean0和均值mean1差值，如果差值较大则输出angle_F＝(mean0+mean1)/2，置信度为高；如果均值mean0和均值mean1的差值较小，若angle0与angle1的差距小于angle2与angle3差距，则angle_F为mean0，置信度为高，否则angle_F为mean1，置信度为高。
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