CN108196221B - 一种基于多基线干涉仪角度模糊区间的去野值方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多基线干涉仪角度模糊区间的去野值方法，其具体步骤为：确定干涉仪角度野值判别门限，针对干涉仪角度模糊区间的野值进行处理，实际上是处理由于干涉仪系统相噪引起的多基线相位差出现测量误差，导致多基线逐级递推解角度模糊过程中出现了角度解算值偏离真值一个或多个模糊区形成角度野值；干涉仪角度野值判别针对的野值类型为呈现散点分布和几个点连续分布的形式；判别出干涉仪角度野值和真值以后，选取出现野值数据点之前的真值数据序列作为样本，使用三次样条插值外推出野值数据点处的角度估计值作为对野值数据的替换值；实现干涉仪角度野值剔除和修正。本方法保证角度数据利用率，避免系统因剔除野值而降低信噪比。

Description

一种基于多基线干涉仪角度模糊区间的去野值方法
技术领域
本发明涉及一种去野值方法，特别是一种基于多基线干涉仪角度模糊区间的去野值方法。
背景技术
多基线相位干涉仪测向体制具有算法简单、高精度和高灵敏度的优点，在高精度雷达测角系统中获得了广泛应用。
在实际复杂电磁环境下，由于噪声的影响，基线间相位误差通常会很大，使常规的逐次解模糊测角算法出错，导致数据出现野值，从而降低了观测数据的可用性，给数据处理带来很大的误差，严重影响数据处理结果的质量。在传统的处理野值方法中，判别出野值后往往将其直接剔除，而不进行修正，这样虽然消除了野值的消极影响，但是客观上造成了观测样本的减少，结果不可避免地降低了信噪比，特别是当解模糊出错概率比较大时，这种方法严重损失了信号的能量，降低了系统的灵敏度。因此，判别角度解模糊野值并进行修正成为多基线相位干涉仪测角算法的重要环节。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于多基线干涉仪角度模糊区间的去野值方法，解决特定工程应用中，传统多基线干涉仪侧向系统的逐次解模糊测角算法在较大基线间相位误差影响下，存在解模糊测角野值的问题。
一种基于多基线干涉仪角度模糊区间的去野值方法，其具体步骤为：
第一步确定干涉仪角度野值判别门限
针对干涉仪角度模糊区间的野值进行处理，实际上是处理由于干涉仪系统相噪引起的多基线相位差出现测量误差，导致多基线逐级递推解角度模糊过程中出现了角度解算值偏离真值一个或多个模糊区形成角度野值。
最容易出现角度模糊值的是最长基线，因此最长基线无模糊测角范围值即作为野值判别门限，当干涉仪角度解算值超出这个阈值时，则判别为野值，从而进行剔除和修正。设多基线干涉仪系统最长基线尺寸为D，则野值判别门限为
Figure BDA0001515540720000021
其中，θth为野值判别门限，λ为入射信号波长。
第二步干涉仪角度野值判别
干涉仪角度野值判别针对的野值类型为呈现散点分布和几个点连续分布的形式。因此，在信号处理器解算出的角度值数据序列中进行前向差分运算，根据已确定的角度野值判别门限，用差分后的值与角度野值判别门限作比较，找出绝对值大于角度野值判别门限的差分值对应的解算角度数据点，对比该数据点前后差分值分布，判断出干涉仪测角真值数据和野值数据。选取的解算角度值序列长度保证信号处理器的实时性。
第三步干涉仪角度野值剔除和修正
判别出干涉仪角度野值和真值以后，选取出现野值数据点之前的真值数据序列作为样本，使用三次样条插值外推出野值数据点处的角度估计值作为对野值数据的替换值。对于散点分布的野值形式，只需要利用野值数据点前面的真值数据序列做一次三次样条插值外推来剔除和修正该野值数据。对于几个点连续分布的形式，需要将第一个野值点数据的修正值和前面的真值数据个数减一的序列构成新数据样本，对第二个连续野值点进行剔除和修正，以此类推，直至几个野值点都得到剔除和修正。
至此，完成了干涉仪角度野值剔除和修正。
对本发明来说更优的是，由一维多基线干涉仪递推解模糊原理：入射波以θin角度入射到一维多基线干涉仪侧向天线阵列口面，天线阵列由i+1个天线单元按照di间隔呈一维线性排列。天线接收信号进入接收机通道形成i个相位差
Figure BDA0001515540720000022
其中
Figure BDA0001515540720000027
是天线阵列形成的相位差，
Figure BDA0001515540720000028
为接收机通道附加的相位噪声。
Figure BDA0001515540720000023
进入信号处理器，其中由不模糊的相位差
Figure BDA0001515540720000024
根据公式
Figure BDA0001515540720000025
计算出基线d2的相位差估算值
Figure BDA0001515540720000026
再计算基线d2的相位差模糊周期数
Figure BDA0001515540720000031
从而解算出基线d2的无模糊相位差
Figure BDA0001515540720000032
如此逐级递推；递推公式为：
Figure BDA0001515540720000033
Figure BDA0001515540720000034
得到最长基线dn的无模糊相位差
Figure BDA0001515540720000035
再由公式
Figure BDA0001515540720000036
计算出入射波的角度
Figure BDA0001515540720000037
本方法适用于多基线干涉仪角度模糊区间的去野值处理，对散点分布和小段连续分布形式的野值类型有较好的效果，不仅完成了野值判别剔除，而且对野值点数据进行了修正，很好的保留了测试数据的完整性，为后续数据处理提供更多的数据样本。
附图说明
图1一种基于多基线干涉仪角度模糊区间的去野值方法所述的一维多基线干涉仪测角原理示意图。
具体实施方式
一种基于多基线干涉仪角度模糊区间的去野值方法，其具体步骤为：
第一步 确定干涉仪角度野值判别门限
针对干涉仪角度模糊区间的野值进行处理，实际上是处理由于干涉仪系统相噪引起的多基线相位差出现测量误差，导致多基线逐级递推解角度模糊过程中出现了角度解算值偏离真值一个或多个模糊区形成角度野值。由一维多基线干涉仪递推解模糊原理：入射波以θin角度入射到一维多基线干涉仪侧向天线阵列口面，天线阵列由i+1个天线单元按照di间隔呈一维线性排列。天线接收信号进入接收机通道形成i个相位差
Figure BDA0001515540720000038
其中
Figure BDA0001515540720000039
是天线阵列形成的相位差，
Figure BDA00015155407200000310
为接收机通道附加的相位噪声。
Figure BDA00015155407200000311
进入信号处理器，其中由不模糊的相位差
Figure BDA0001515540720000041
根据公式
Figure BDA0001515540720000042
计算出基线d2的相位差估算值
Figure BDA0001515540720000043
再计算基线d2的相位差模糊周期数
Figure BDA0001515540720000044
从而解算出基线d2的无模糊相位差
Figure BDA0001515540720000045
如此逐级递推；递推公式为：
Figure BDA0001515540720000046
Figure BDA0001515540720000047
得到最长基线dn的无模糊相位差
Figure BDA0001515540720000048
再由公式
Figure BDA0001515540720000049
计算出入射波的角度
Figure BDA00015155407200000410
由此可见，最容易出现角度模糊值的是最长基线，因此最长基线无模糊测角范围值即作为野值判别门限，当干涉仪角度解算值超出这个阈值时，则判别为野值，从而进行剔除和修正。设多基线干涉仪系统最长基线尺寸为D，则野值判别门限为
Figure BDA00015155407200000411
其中，θth为野值判别门限，λ为入射信号波长。
第二步 干涉仪角度野值判别
干涉仪角度野值判别针对的野值类型为呈现散点分布和几个点连续分布的形式。因此，在信号处理器解算出的角度值数据序列中进行前向差分运算，根据已确定的角度野值判别门限，用差分后的值与角度野值判别门限作比较，找出绝对值大于角度野值判别门限的差分值对应的解算角度数据点，对比该数据点前后差分值分布，判断出干涉仪测角真值数据和野值数据。选取的解算角度值序列长度保证信号处理器的实时性。
第三步 干涉仪角度野值剔除和修正
判别出干涉仪角度野值和真值以后，选取出现野值数据点之前的真值数据序列作为样本，使用三次样条插值外推出野值数据点处的角度估计值作为对野值数据的替换值。对于散点分布的野值形式，只需要利用野值数据点前面的真值数据序列做一次三次样条插值外推来剔除和修正该野值数据。对于几个点连续分布的形式，需要将第一个野值点数据的修正值和前面的真值数据个数减一的序列构成新数据样本，对第二个连续野值点进行剔除和修正，以此类推，直至几个野值点都得到剔除和修正。
至此，完成了干涉仪角度野值剔除和修正。

Claims (1)

1.一种基于多基线干涉仪角度模糊区间的去野值方法，其特征在于具体步骤为：
第一步 确定干涉仪角度野值判别门限
针对干涉仪角度模糊区间的野值进行处理，实际上是处理由于干涉仪系统相噪引起的多基线相位差出现测量误差，导致多基线逐级递推解角度模糊过程中出现了角度解算值偏离真值一个或多个模糊区形成角度野值；
最容易出现角度模糊值的是最长基线，因此最长基线无模糊测角范围值即作为野值判别门限，当干涉仪角度解算值超出这个阈值时，则判别为野值，从而进行剔除和修正；设多基线干涉仪系统最长基线尺寸为D，则野值判别门限为
Figure FDA0003151858270000011
其中，θth为野值判别门限，λ为入射信号波长；
第二步 干涉仪角度野值判别
干涉仪角度野值判别针对的野值类型为呈现散点分布和几个点连续分布的形式；因此，在信号处理器解算出的角度值数据序列中进行前向差分运算，根据已确定的角度野值判别门限，用差分后的值与角度野值判别门限作比较，找出绝对值大于角度野值判别门限的差分值对应的解算角度数据点，对比该数据点前后差分值分布，判断出干涉仪测角真值数据和野值数据；选取的解算角度值序列长度保证信号处理器的实时性；
第三步 干涉仪角度野值剔除和修正
判别出干涉仪角度野值和真值以后，选取出现野值数据点之前的真值数据序列作为样本，使用三次样条插值外推出野值数据点处的角度估计值作为对野值数据的替换值；对于散点分布的野值形式，只需要利用野值数据点前面的真值数据序列做一次三次样条插值外推来剔除和修正该野值数据；对于几个点连续分布的形式，需要将第一个野值点数据的修正值和前面的真值数据个数减一的序列构成新数据样本，对第二个连续野值点进行剔除和修正，以此类推，直至几个野值点都得到剔除和修正；
至此，完成了干涉仪角度野值剔除和修正，
其中：由一维多基线干涉仪递推解模糊原理：入射波以θin角度入射到一维多基线干涉仪侧向天线阵列口面，天线阵列由i+1个天线单元按照di间隔呈一维线性排列；天线接收信号进入接收机通道形成i个相位差
Figure FDA0003151858270000012
其中
Figure FDA0003151858270000013
是天线阵列形成的相位差，
Figure FDA0003151858270000014
为接收机通道附加的相位噪声；
Figure FDA0003151858270000021
进入信号处理器，其中由不模糊的相位差
Figure FDA0003151858270000022
根据公式
Figure FDA0003151858270000023
计算出基线d2的相位差估算值
Figure FDA0003151858270000024
再计算基线d2的相位差模糊周期数
Figure FDA0003151858270000025
从而解算出基线d2的无模糊相位差
Figure FDA0003151858270000026
如此逐级递推；递推公式为：
Figure FDA0003151858270000027
得到最长基线dn的无模糊相位差
Figure FDA0003151858270000028
再由公式
Figure FDA0003151858270000029
计算出入射波的角度
Figure FDA00031518582700000210
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