CN109358311B - 一种用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于干涉仪测角的二维虚拟基线产生方法，包括：根据实测的工作频点、阵列天线的单元数、单元间距、虚拟天线的单元数及其单元间距，计算其协方差矩阵；根据最小均方差准则，计算优化内插虚拟天线的均方根误差；根据其实测工作频点的范围，实时控制二维虚拟天线的基线长度及单元个数；本发明方法利用阵列天线理论及维纳滤波理论，根据环境及超宽带频点变化，实时调整干涉仪测角的虚拟基线长度。本发明技术具有灵活性高及适用性广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法。
背景技术
在复杂多变的环境及种类繁多的干扰背景下，相位干涉仪测角需要在极大的频谱范围内准确地测量目标的角度位置，解决测角模糊及提高测角精度的要求显得尤为突出。虽然更高的测角精度可以通过拉长测角基线长度来解决，但是长基线意味着更小的测角无模糊范围。传统利用多天线等解模糊的方法，处理复杂且频谱受限，并不能灵活地实时解决测角模糊问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法，解决传统测量方法造成的测角模糊及处理复杂等问题。
有鉴于此，本发明提供的技术方案是：一种用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法，其特征在于，包括：
输入工作波长，阵列天线的单元数及其单元间距，虚拟天线的单元数及其单元间距，计算协方差矩阵；
根据所述协方差矩阵与实际使用中可接受的均方根误差，调整决定天线单元的间距，以获得虚拟天线单元期望得到的信号向量；
接收所述信号向量，并根据其实测工作频点的范围，实时控制二维虚拟天线的基线长度及单元个数。
本发明实现了以下显著的有益效果：
实现简单，包括：输入工作波长，阵列天线的单元数及其单元间距，虚拟天线的单元数及其单元间距，计算协方差矩阵；根据所述协方差矩阵与实际使用中可接受的均方根误差，调整决定天线单元的间距，以获得虚拟天线单元期望得到的信号向量；接收所述信号向量，并根据其实测工作频点的范围，实时控制二维虚拟天线的基线长度及单元个数。具有随工作频点变化实时调整能力，应用于超宽带干涉仪测角，能够保证其无模糊测角范围在超宽带范围内保持不变。
附图说明
图1为本发明用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。
虽然该发明可以以多种形式的修改和替换来扩展，说明书中也列出了一些具体的实施图例并进行详细阐述。应当理解的是，发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。同样的元器件号码可能被用于所有附图以代表相同的或类似的部分。
请参照图1，本发明提供的技术方案是：一种用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法，其特征在于，包括：步骤S101，输入工作波长，阵列天线的单元数及其单元间距，虚拟天线的单元数及其单元间距，计算协方差矩阵；步骤S102，根据所述协方差矩阵与实际使用中可接受的均方根误差，调整决定天线单元的间距，以获得虚拟天线单元期望得到的信号向量；步骤S103，接收所述信号向量，并根据其实测工作频点的范围，实时控制二维虚拟天线的基线长度及单元个数。
作为具体实施例，本发明的方法包括步骤：
假设工作波长为λ，一维线阵的单元数为N，其间距为d，第一个天线单元的坐标为x0，则其余天线单元的坐标为x0+d×(0，1，…，N-1)T；虚拟天线单元数为M，则虚拟天线单元的坐标为[x0+d1，x0+d2，x0+d3，…，x0+dM]T。L为用来干涉仪测角的天线单元的基线长度。
假设天线单元的接收的信号向量为r(t)＝[r0(t)，r1(t)，…，rN-1(t)]T，其自相关矩阵为R，则
接下来用最小均方根误差准则，估计虚拟天线单元期望接收的信号向量。假设虚拟天线单元期望得到的信号向量为r′(t)＝[r′0(t)，r′1(t)，…，r′M-1(t)]T。假设天线单元及虚拟天线单元接收信号的互相关矩阵为P，则
其中J0为零阶第一类贝塞尔函数。由矩阵R及矩阵P可得到虚拟天线单元期望接收的信号向量r′(t)：
r(t)′＝wTr(t)，w＝R-1P
利用维纳滤波及最小均方根准则，可以得到其均方根误差ξmin，为
ξmin＝J0(0)-PTR-1P
根据实际使用中可接受的均方根误差ξmin，决定天线单元的间距d，从而得到均方根误差可接受的虚拟天线单元期望得到的信号向量r′(t)＝[r′0(t)，r′1(t)，…，r′M-1(t)]T。
在一个实施例中，假设四个虚拟天线单元的位置坐标为xi，xi+λ/2＝x0+c/2f，yi及yi+λ/2＝yi+c/2f，其中f为工作频点，xi及yi为二维X及Y坐标系上任意的点。
在一个实施例中，利用这四个虚拟天线，可以得到二维X及Y坐标系上两根基线，且两根基线长度均为λ/2。
在一个实施例中，随着工作频点f的变化，可以实时调整四个虚拟天线决定的基线长度。只要根据可能的工作频带范围，利用其最大频点设计天线单元的间距并保证天线单元个数。就可以自适应调整二维虚拟基线，保证在超宽带范围内二维测角无模糊。
在一个实施例中，假设工作波长为λ，一维线阵的单元数为N，其间距为d，第一个天线单元的坐标为x0，则其余天线单元的坐标为x0+d×(0，1，…，N-1)T；虚拟天线单元数为M，则虚拟天线单元的坐标为[x0+d1，x0+d2，x0+d3，…，x0+dM]T。
在一个实施例中，假设天线单元的接收的信号向量为r(t)＝[r0(t)，r1(t)，…，rN-1(t)]T，其自相关矩阵为R，则
在一个实施例中，接下来用最小均方根误差准则，估计虚拟天线单元期望接收的信号向量。假设虚拟天线单元期望得到的信号向量为r′(t)＝[r′0(t)，r′1(t)，…，r′M-1(t)]T。假设天线单元及虚拟天线单元接收信号的互相关矩阵为P，则
其中J0为零阶第一类贝塞尔函数。由矩阵R及矩阵P可得到虚拟天线单元期望接收的信号向量r′(t)：
r(t)′＝wTr(t)，w＝R-1P
在一个实施例中，利用维纳滤波及最小均方根准则，可以得到其均方根误差ξmin，为
ξmin＝J0(0)-PTR-1P
在一个实施例中，根据实际使用中可接受的均方根误差ξmin，决定天线单元的间距d，从而得到均方根误差可接受的虚拟天线单元期望得到的信号向量r′(t)＝[r′0(t)，r′1(t)，…，r′M-1(t)]T。
在一个实施例中，得到均方根误差可接受的虚拟天线单元期望得到的信号向量r′(t)＝[r′0(t)，r′1(t)，…，r′M-1(t)]T。
在一个实施例中，假设四个虚拟天线单元的位置坐标为xi，xi+λ/2＝x0+c/2f，yi及yi+λ/2＝yi+c/2f，其中f为工作频点，xi及yi为二维X及Y坐标系上任意的点。
在一个实施例中，利用这四个虚拟天线，可以得到二维X及Y坐标系上两根基线，且两根基线长度均为λ/2。
在一个实施例中，随着工作频点f的变化，可以实时调整四个虚拟天线决定的基线长度。只要根据可能的工作频带范围，利用其最大频点设计天线单元的间距并保证天线单元个数。就可以自适应调整二维虚拟基线，保证在超宽带范围内二维测角无模糊。
本发明实现了以下显著的有益效果：
实现简单，包括：输入工作波长，阵列天线的单元数及其单元间距，虚拟天线的单元数及其单元间距，计算协方差矩阵；根据所述协方差矩阵与实际使用中可接受的均方根误差，调整决定天线单元的间距，以获得虚拟天线单元期望得到的信号向量；接收所述信号向量，并根据其实测工作频点的范围，实时控制二维虚拟天线的基线长度及单元个数。具有随工作频点变化实时调整能力，应用于超宽带干涉仪测角，能够保证其无模糊测角范围在超宽带范围内保持不变。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明创造的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法，其特征在于，包括：
输入工作波长，阵列天线的单元数及其单元间距，虚拟天线的单元数及其单元间距，计算协方差矩阵；
根据所述协方差矩阵与实际使用中可接受的均方根误差，调整决定天线单元的间距，以获得虚拟天线单元期望得到的信号向量；
接收所述信号向量，并根据其实测工作频点的范围，实时控制二维虚拟天线的基线长度及单元个数；
所述输入工作波长，阵列天线的单元数及其单元间距，虚拟天线的单元数及其单元间距，计算协方差矩阵包括：输入工作波长为λ，一维线阵的单元数为N，其间距为d，第一个天线单元的坐标为x0，获得其余天线单元的坐标x0+d×(0,1,…,N-1)T；输入虚拟天线单元数为M，获得虚拟天线单元的坐标为[x0+d1,x0+d2,x0+d3,…,x0+dM]T；
输入天线单元的接收的信号向量为r(t)＝[r0(t),r1(t),…,rN-1(t)]T，获得自相关矩阵为R。
2.根据权利要求1所述的用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法，其特征在于，所述根据所述协方差矩阵与实际使用中可接受的均方根误差，调整决定天线单元的间距，以获得虚拟天线单元期望得到的信号向量包括采用最小均方根误差准则，估计虚拟天线单元期望接收的信号向量。
3.根据权利要求2所述的用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法，其特征在于，采用维纳滤波及最小均方根准则，得到所述均方根误差。
4.根据权利要求1所述的用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法，其特征在于，所述虚拟天线单元期望得到的信号向量为r′(t)＝[r′0(t),r′1(t),…,r′M-1(t)]T。
5.根据权利要求1所述的用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法，其特征在于，所述控制二维虚拟天线的基线长度及单元个数包括：根据工作频带范围，确定其最大频点，获得天线单元的间距。
6.根据权利要求5所述的用于干涉仪测角的二维虚拟基线调整方法，其特征在于，还包括根据工作频带范围，确定天线单元个数。
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