CN109471068B - 基于射频阵列信号doa估计的无人机定位系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于射频阵列信号DOA估计的无人机定位系统和方法。两组相同的天线接收组件、接口设备和控制计算机，天线接收组件布置在不同位置，每组天线接收组件包括L型天线阵列、接收设备和处理设备；L型天线阵列由相垂直布置的两个天线直线阵组成，共计八根天线呈均匀分布且平行摆放；接口设备接收并将控制信号发送给两个处理设备，循环执行内部的信号处理算法，判断无人机信号，若存在无人机信号则处理计算信号到达的俯仰角和方位角并发送到处理设备。本发明提高了信噪比，弥补了信噪比较低时MUSIC算法定位不准确的缺点，能在反制设备发出较大功率信号时保护本系统，能有效改善监管与防护的漏洞。

Description

基于射频阵列信号DOA估计的无人机定位系统和方法
技术领域
本发明属于无人机定位领域，涉及一种基于射频阵列信号DOA估计的无人机定位系统和方法。
背景技术
近年来，国内外商业巨头不断向无人机领域进军，促使无人机(UAV)产业迅猛发展，无人机应用日益广泛。然而其普及的背后存在诸多问题，无人机的井喷式发展所带来的风险也在不断增加。最近几年，人们开始关注到无人机监管的重要性，渴望寻求有效的技术手段来检测、定位从而准确驱离非法入侵的无人机。
目前用于无人机的定位手段主要基于雷达、音频、射频。由于无人机的违法飞行活动常常出现在一些地形很复杂的环境如建筑群、监狱附近等。使用雷达设备成本高，所需发射功率大，而且使用雷达去识别无人机近距离下存在盲区；使用声音去定位无人机则由于声音传播衰减大造成作用距离近。而针对无人机利用无线信号进行通信以及无线信号传播距离远承载信息丰富的特点，现有技术缺少采用通过射频信号定位来对无人机定位。
发明内容
为了在无人机反制设备工作情况下，能更精确有效高效率地定位无人机位置本发明的目的是提供一种基于射频阵列信号DOA估计的无人机定位系统和方法，能够对无人机进行精确高效自动定位，并将定位结果为用户在控制计算机上显示。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一、一种基于射频阵列信号DOA估计的无人机定位系统：
无人机定位系统合无人机反制设备对无人机进行自动定位，包括：
两组相同的天线接收组件，布置在不同位置，用于无人机所发下行图传射频信号的采集接收和处理，每组天线接收组件包括：
一组L型天线阵列，工作在2.4GHz频段，用于接收无人机所发下行图传射频信号；
一个接收设备，分别连接于L型天线阵列和处理设备之间，用于接收L型天线阵列发过来的接收信号将2.4GHz频段的信号变频到70MHz再发送到处理设备；
一个处理设备，用于接收接收设备发过来的信号计算估计出信号到达方向的结果，并将结果传输到接口设备；以及
一个接口设备，用于将处理设备发过来的信号到达方向结果通过光纤Aurora协议数据转以太网UDP协议数据并发送到控制计算机，以及将控制计算机的控制信号转成Aurora协议发送到天线接收组件的处理设备进行处理；以及
一台控制计算机，用于向接口设备发送控制信号以及接收由接口设备发来的信号处理结果。
所述的每组天线接收组件还包含一个多输出的电源供应器，电源供应器电连接于处理设备和接收设备，用于进行供电。
所述的处理设备核心处理器为赛灵思的XC7VX690T，所述的接口设备核心处理器为赛灵思的XC7A100T。
所述的处理设备采用FPGA作为核心，采用基于迭代波束成形增强的MUSIC算法估计出信号到达方向，FPGA并行性高，对特殊设计的算法能做加速处理，极大提高了算法效率。
接收设备和处理设备均另设有一配置接口，处理设备从接口设备接收控制计算机发过来的控制信号，并通过配置接口控制接收设备的本振频率以10MHz为增量在2.47G～2.54GHz间调节进行信号预衰减，使接收设备接收对应的频率信号，信号预衰减在与无人机反制设备协同工作时保护本发明所述的无人机定位系统不受大功率信号损害。
所述的L型天线阵列由相垂直布置的两个天线直线阵组成，一天线直线阵呈水平摆放，另一天线直线阵呈竖直摆放，每个天线直线阵分别包含四根天线，共计八根天线呈均匀分布且平行摆放，同时接收8路信号数据。
二、一种基于射频阵列信号DOA估计的无人机定位方法：
首先，在控制计算机的UDP连接设置输入接口设备的IP和端口，与接口设备建立连接；
控制计算机开始工作，向接口设备发送控制信号；
接口设备接收请求，并通过协议格式转换将该控制信号发送给两个天线接收组件的处理设备，两个处理设备循环执行内部的信号处理算法：首先判断该通道是否存在无人机信号，若存在无人机信号则处理计算信号到达方向并发送到处理设备，信号到达方向包括俯仰角和方位角，若不存在则通过配置接口配置接收设备扫描下一通道，直到扫描到无人机信号；
处理设备将信号到达方向的计算结果通过接口设备发回控制计算机，控制计算机得到无人机相对于两个不同位置的天线接收组件的信号到达方向，通过最小二乘法确定无人机位置；
处理设备将无人机位置的信号实时采样值通过接口设备发回控制计算机。
配合大功率无人机反制设备使用时，控制计算机，向接口设备发送衰减请求，并将请求发送到两个天线接收组件的处理设备，处理设备通过配置接口对接收设备发送配置数据，具体是控制接收设备的本振频率以10MHz为增量在2.47G～2.54GHz间调节进行信号预衰减，使接收机对输入信号进行信号预衰减，保护系统不收大功率反制设备损害。
所述的L型天线阵列由相垂直布置的两个天线直线阵组成，一天线直线阵呈水平摆放，另一天线直线阵呈竖直摆放，每个天线直线阵分别包含四根天线，共计八根天线呈均匀分布且平行摆放，L型天线阵中相邻根天线之间的间距d小于半波长，同时接收8路信号数据；并采用以下方式处理计算获得信号到达的俯仰角和方位角；
信号到达方向包括俯仰角和方位角，俯仰角和方位角使用一种基于迭代波束成形增强的MUSIC算法进行DOA估计。
(1)水平摆放的天线直线阵中，按照离竖直摆放的天线直线阵最近到最远的天线接收到的信号分别为第一、第二、三、四路信号；竖直摆放的天线直线阵中，按照离水平摆放的天线直线阵最近到最远的天线接收到的信号分别为第五、第六、七、八路信号，第一到第八路信号分别表示为S1、S2、S3、...、S8，将相邻两路组成六个信号矩阵，分别为X1＝[S1；S2]、X2＝[S2；S3]、X3＝[S3；S4]、X4＝[S5；S6]、X5＝[S6；S7]、X6＝[S7；S8]；
(2)设置迭代次数k＝0，首先用L阵二维MUSIC算法对天线阵列所接收的8路信号数据构造MUSIC谱峰搜索函数作信号达到角度(DOA)估计，得到入射信号的俯仰角估计量
Figure BDA0001856007420000031
方位角估计量
Figure BDA0001856007420000032
和MUSIC谱峰搜索函数的最大值P maxk；
(3)针对水平摆放的天线直线阵，对由第一路信号和第二路信号组成的第一信号矩阵X1作MVDR波束成形，波束成形的权向量设为
Figure BDA0001856007420000033
Figure BDA0001856007420000034
e为常数，j表示复数，d表示L型天线阵中相邻根天线之间的间距；波束成形后获得第一输出信号
Figure BDA0001856007420000035
对第二路信号和第三路信号组成的第二信号矩阵X2、第三路信号和第四路信号组成的第三信号矩阵X3作同样的波束成形，波束成形后获得第二输出信号
Figure BDA0001856007420000036
第三输出信号
Figure BDA0001856007420000037
Figure BDA0001856007420000038
(4)针对竖直摆放的天线直线阵，采用和步骤(3)相同方式对三个信号矩阵作同样的波束成形，但波束成形的权向量改为
Figure BDA0001856007420000041
波束成形后获得第四、第五和第六输出信号Y4、Y5、Y6；
(5)对六个输出信号重组组合Y＝[Y1；Y2；Y3；Y4；Y5；Y6]再采用L阵二维MUSIC算法构造MUSIC谱峰搜索函数作信号达到角度(DOA)估计，得到MUSIC谱峰搜索函数的最大值Pmaxk+1和对应重组信号的俯仰角估计量
Figure BDA0001856007420000042
方位角估计量
Figure BDA0001856007420000043
(6)比较第k+1次和第k次迭代获得的MUSIC谱峰搜索函数的最大值P maxk+1和Pmaxk：若P maxk+1>P maxk，则以步骤(5)结果返回进行步骤(3)进行迭代计算；若P maxk+1＝Pmaxk，则停止迭代计算，以最后的俯仰角估计量
Figure BDA0001856007420000044
方位角估计量
Figure BDA0001856007420000045
作为结果。
本发明系统首先用L型天线阵列采集无人机发出的下行图传射频信号，然后通过接收机得到中频的窄带信号，应用窄带DOA算法对无人机的下行图传射频信号进行DOA估计，得到信号的俯仰角和方位角。
本发明通过上述天线特定布置和定位方法的信号重组处理能够提高定位精度，提高信噪比。
本发明的无人机定位系统将无人机的定位位置发送到无人机反制设备，无人机反制设备根据定位位置朝向无人机进行反制干扰。
无人机反制设备会根据无人机反制设备自身和无人机定位系统所在的已知位置将无人机定位系统获得的无人机相对于无人机定位系统的定位位置进行定位位置坐标变换获得无人机相对于无人机反制设备的定位位置。
本发明的有益效果是：
本发明采用特殊设计的计算方法进行信号处理，提高了信噪比，弥补了信噪比较低时MUSIC算法定位不准确的缺点。
本系统考虑与大功率无人机反制设备协同使用，界面监控程序后台实时向反制设备接口发送无人机位置以调整反制设备应对策略，同时接收机可预衰减用以在反制设备发出较大功率信号时保护本系统的接收设备。
本系统能够迅速有效地定位非法飞行的无人机，并且考虑到与反制设备协同工作能够有效改善现有的无人机的监管与防护的漏洞。
附图说明
图1为本发明实施例无人机定位系统的架构图；
图2为本发明实施例接收信号时域波形图
图3为本发明实施例定位位置轨迹结果示意图。
图4为采用本方法处理后的阵列信号进行L阵二维MUSIC算法DOA估计处理前的功率谱图。
图5为采用本方法处理后的阵列信号进行L阵二维MUSIC算法DOA估计处理后的功率谱图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的实施作如下详述。
本发明的无人机定位系统用于配合无人机反制设备对无人机进行自动定位，是在
如图1所示，本发明的系统架构包括两组相同的天线接收组件、接口设备和控制计算机
两组天线接收组件布置在不同位置，用于无人机所发下行图传射频信号的采集接收和处理。每组天线接收组件包括：
一组L型天线阵列，工作在2.4GHz频段，用于接收无人机所发下行图传射频信号；L型天线阵列由相垂直布置的两个天线直线阵组成，一天线直线阵呈水平摆放，另一天线直线阵呈竖直摆放，每个天线直线阵分别包含四根天线，共计八根天线呈均匀分布且平行摆放，间距为d＝0.05m，同时接收8路信号数据。
一个接收设备，接收设备采用超外差接收机，分别连接于L型天线阵列和处理设备之间，用于接收L型天线阵列发过来的接收信号将2.4GHz频段的信号变频到70MHz再发送到处理设备，便于处理设备对信号进行采样；
一个处理设备，其内储存信号处理程序，用于接收接收设备发过来的信号计算估计出信号到达方向的结果，并将结果传输到接口设备；
一个多输出的电源供应器，电源供应器电连接于处理设备和接收设备，用于进行供电。
接口设备其内存储信号格式转换程序，用于将处理设备发过来的信号到达方向结果通过光纤Aurora协议数据转以太网UDP协议数据并发送到控制计算机，以及将控制计算机的控制信号转成Aurora协议发送到天线接收组件的处理设备进行处理；以及
控制计算机其内储存有一界面监控程序，且该界面监控程序是由C++程序语言所编写，用于向接口设备发送控制信号以及接收由接口设备发来的信号处理结果。
且两组L型天线阵列分别与两个接收设备通过射频电缆相连，两个接收设备输出信号与两个处理设备通过射频电缆相连，两个处理设备通过光纤跳线连到一个接口设备，而此接口设备通过网线与控制计算器相连。其中，接收设备和处理设备间有一接收机配置接口。电源供应器的输出给设备供电。
具体实施的无人机定位系统以射频信号DOA为理论基础，以赛灵思FPGA处理器、超外差接收机为硬件基础，Vivado及Vivado HLS为处理设备和接口设备程序开发平台，Verilog为处理设备和接口设备开发语言，Microsoft Visual Studio为界面监控程序开发平台，C++为界面监控程序开发语言，通过对无人机下行图传射频信号的接收及信号处理自动定位空中飞行的无人机。
无人机下行图传射频信号在2.4G～2.48G频段上传输，占用10M带宽，接收机通道带宽为10MHz。接收设备和处理设备均另设有一配置接口，配置接口用于配置本振频率及信号预衰减。处理设备从接口设备接收控制计算机发过来的控制信号，并通过配置接口控制接收设备的本振频率以10MHz为增量在2.47G～2.54GHz间调节进行信号预衰减，使接收设备接收对应的频率信号，信号预衰减在与无人机反制设备协同工作时保护本发明无人机定位系统不受大功率信号损害。
控制计算机上的界面监控程序发送的控制信号请求包括系统复位请求、接收机信号预衰减请求、信号处理结果请求。系统复位请求用以复位整个系统，接收机预衰减请求用以在与干扰设备协同工作时对输入信号进行衰减，保护系统不受大功率信号伤害，信号处理结果请求用以接收处理设备的计算结果。
界面监控程序包含一结果展示主画面、一请求按钮区、一UDP连接设置区、一状态信息区、一实时信号区。
本发明具体实施过程如下：
(1)首先，在控制计算机界面监控程序的UDP连接设置输入接口设备的IP和端口，与接口设备建立连接；
(2)按Start按钮，控制计算机界面监控程序开始工作，向接口设备发送控制信号；
(3)接口设备接收请求，并通过协议格式转换将该控制信号发送给两个天线接收组件的处理设备，两个处理设备循环执行内部的信号处理算法：首先判断该通道是否存在无人机信号，若存在无人机信号则处理计算信号到达方向并发送到处理设备，信号到达方向包括俯仰角和方位角，若不存在则通过配置接口配置接收设备扫描下一通道，直到扫描到无人机信号；
(3.1)水平摆放的天线直线阵中，按照离竖直摆放的天线直线阵最近到最远的天线接收到的信号分别为第一、第二、三、四路信号；竖直摆放的天线直线阵中，按照离水平摆放的天线直线阵最近到最远的天线接收到的信号分别为第五、第六、七、八路信号，第一到第八路信号分别表示为S1、S2、S3、...、S8，将相邻两路组成六个信号矩阵，分别为X1＝[S1；S2]、X2＝[S2；S3]、X3＝[S3；S4]、X4＝[S5；S6]、X5＝[S6；S7]、X6＝[S7；S8]；
(3.2)设置迭代次数k＝0，首先用L阵二维MUSIC算法对天线阵列所接收的8路信号数据构造MUSIC谱峰搜索函数作信号达到角度(DOA)估计，得到入射信号的俯仰角估计量
Figure BDA0001856007420000071
方位角估计量
Figure BDA0001856007420000072
和MUSIC谱峰搜索函数的最大值P maxk；
(3.3)针对水平摆放的天线直线阵，对由第一路信号和第二路信号组成的第一信号矩阵X1作MVDR波束成形，波束成形的权向量设为
Figure BDA0001856007420000073
Figure BDA0001856007420000074
e为常数，j表示复数，d表示L型天线阵中相邻根天线之间的间距；波束成形后获得第一输出信号
Figure BDA0001856007420000075
对第二路信号和第三路信号组成的第二信号矩阵X2、第三路信号和第四路信号组成的第三信号矩阵X3作同样的波束成形，波束成形后获得第二输出信号
Figure BDA0001856007420000076
第三输出信号
Figure BDA0001856007420000077
Figure BDA0001856007420000078
(3.4)针对竖直摆放的天线直线阵，采用和步骤(3)相同方式对三个信号矩阵作同样的波束成形，但波束成形的权向量改为
Figure BDA0001856007420000079
波束成形后获得第四、第五和第六输出信号Y4、Y5、Y6；
(3.5)对六个输出信号重组组合Y＝[Y1；Y2；Y3；Y4；Y5；Y6]再采用L阵二维MUSIC算法构造MUSIC谱峰搜索函数作信号达到角度(DOA)估计，得到MUSIC谱峰搜索函数的最大值Pmaxk+1和对应重组信号的俯仰角估计量
Figure BDA00018560074200000710
方位角估计量
Figure BDA00018560074200000711
(3.6)比较第k+1次和第k次迭代获得的MUSIC谱峰搜索函数的最大值P maxk+1和Pmaxk，若P maxk+1>P maxk，则以步骤(5)结果返回进行步骤(3)进行迭代计算，更新k＝k+1，即将
Figure BDA00018560074200000712
更新为
Figure BDA00018560074200000713
更新波束成形器权向量，返回执行步骤(3)～(5)；若P maxk+1＝Pmaxk，则停止迭代计算，以最后的俯仰角估计量
Figure BDA00018560074200000714
方位角估计量
Figure BDA00018560074200000715
作为结果。
下面用测量结果证明本方法对DOA效果的改善。在本例中，无人机实际位置相对于一组L型天线阵列所组成平面的俯仰角为2度，方位角为45度。
用本方法处理后的阵列信号进行L阵二维MUSIC算法DOA估计，与处理前进行对比，图4为处理前，图5为处理后。三维图中elevation轴表示俯仰角，azimuth轴表示方位角，magnitutde轴表示功率谱幅度，如图4所示，俯仰角为
9度，方位角为46度，而如图5所示，俯仰角为4度，方位角为46度，可见由本算法处理后的俯仰角和方位角更接近真实值，同时，处理后的功率谱峰值提高了10dB，可见本方法提高了信噪比。
(4)处理设备将信号到达方向的计算结果通过接口设备发回控制计算机，控制计算机得到无人机相对于两个不同位置的天线接收组件的信号到达方向，通过最小二乘法确定无人机位置，经过坐标转换，在结果展示主画面标注无人机当前位置；
(5)处理设备将无人机位置的信号实时采样值通过接口设备发回控制计算机。
控制计算机将无人机位置结果信息显示在状态信息区。实时位置结果在状态信息区以三维立体坐标值加上当前日期以及时刻的格式显示。
需要结束定位过程时，控制计算机按下Stop按钮即可停止上位机工作，解除端口连接。
(6)配合大功率无人机反制设备使用时，控制计算机按下信号衰减按钮，向接口设备发送衰减请求，并将请求发送到两个天线接收组件的处理设备，处理设备通过配置接口对接收设备发送配置数据，具体是控制接收设备的本振频率以10MHz为增量在2.47G～2.54GHz间调节进行信号预衰减，使接收机对输入信号进行信号预衰减，保护系统不收大功率反制设备损害。
当需要重置计算结果或者其他需求需要复位系统时，控制计算机按下复位按钮，系统复位，再次开始时只需再按下Start按钮。
L型天线阵列接收信号并经过接收设备将信号变频到70MHz后，处理设备对其采样，任选一个天线接收的信号采样值，可以获得如图2所示的信号时域波形图。
无人机在两个L型天线阵列前先从近至远，接着从左至右，接着从下至上飞行，两个处理设备分别实时计算无人机对于L型天线阵列的俯仰角和方位角，得到从L型天线阵列指向无人机的两条射线，以其中一个L型天线阵列的位置为原点建立空间坐标系，则另一阵列的位置可以在该坐标系中表示出来，进而可以在此坐标系中表示出这两条射线，从而通过最小二乘法求解距离两条射线距离平方和最小的点坐标，即无人机在此坐标系的位置。附图3以一个L型天线阵列的位置作为坐标系原点建立三维坐标，展示了本发明实施例定位位置相对阵列的点坐标，和实际无人机飞行路线一致。经过坐标转换即可获得无人机相对于其他坐标系的位置。
本案由熟悉本领域技术的人员根据说明书和附图内容作出的等效结构变换，均包含在本发明的专利范围内。

Claims (2)

1.一种基于射频阵列信号DOA估计的无人机定位方法，其特征在于：方法包含下列步骤：
首先，在控制计算机的UDP连接设置输入接口设备的IP和端口，与接口设备建立连接；
控制计算机开始工作，向接口设备发送控制信号；
接口设备接收请求，并通过协议格式转换将该控制信号发送给两个天线接收组件的处理设备，两个处理设备循环执行内部的信号处理算法：首先判断每个通道是否存在无人机信号，若存在无人机信号则处理计算信号到达方向并发送到处理设备，若不存在则通过配置接口配置接收设备扫描下一通道，直到扫描到无人机信号；
处理设备将信号到达方向的计算结果通过接口设备发回控制计算机，控制计算机得到无人机相对于两个不同位置的天线接收组件的信号到达方向，通过最小二乘法确定无人机位置；
处理设备将无人机位置的信号实时采样值通过接口设备发回控制计算机；
L型天线阵列由相垂直布置的两个天线直线阵组成，一天线直线阵呈水平摆放，另一天线直线阵呈竖直摆放，每个天线直线阵分别包含四根天线，共计八根天线呈均匀分布且平行摆放，同时接收8路信号数据；并采用以下方式处理计算获得信号到达的俯仰角和方位角；
(1)水平摆放的天线直线阵中，按照离竖直摆放的天线直线阵最近到最远的天线接收到的信号分别为第一、第二、三、四路信号；竖直摆放的天线直线阵中，按照离水平摆放的天线直线阵最近到最远的天线接收到的信号分别为第五、第六、七、八路信号，第一到第八路信号分别表示为S1、S2、S3、...、S8，将相邻两路组成六个信号矩阵，分别为X1＝[S1；S2]、X2＝[S2；S3]、X3＝[S3；S4]、X4＝[S5；S6]、X5＝[S6；S7]、X6＝[S7；S8]；
(2)设置迭代次数k＝0，首先用L阵二维MUSIC算法对天线阵列所接收的8路信号数据构造MUSIC谱峰搜索函数作信号达到角度(DOA)估计，得到入射信号的俯仰角估计量
Figure FDA0002903188860000011
方位角估计量
Figure FDA0002903188860000012
和MUSIC谱峰搜索函数的最大值P maxk；
(3)针对水平摆放的天线直线阵，对由第一路信号和第二路信号组成的第一信号矩阵X1作MVDR波束成形，波束成形的权向量设为
Figure FDA0002903188860000013
Figure FDA0002903188860000021
e为常数，j表示复数，d表示L型天线阵中相邻天线之间的间距；波束成形后获得第一输出信号
Figure FDA0002903188860000022
对第二路信号和第三路信号组成的第二信号矩阵X2、第三路信号和第四路信号组成的第三信号矩阵X3作同样的波束成形，波束成形后获得第二输出信号
Figure FDA0002903188860000023
第三输出信号
Figure FDA0002903188860000024
Figure FDA0002903188860000025
(4)针对竖直摆放的天线直线阵，采用和步骤(3)相同方式对三个信号矩阵作同样的波束成形，但波束成形的权向量改为
Figure FDA0002903188860000026
波束成形后获得第四、第五和第六输出信号Y4、Y5、Y6；
(5)对六个输出信号重组组合Y＝[Y1；Y2；Y3；Y4；Y5；Y6]再采用L阵二维MUSIC算法构造MUSIC谱峰搜索函数作信号达到角度(DOA)估计，得到MUSIC谱峰搜索函数的最大值P maxk+1和对应重组信号的俯仰角估计量
Figure FDA0002903188860000027
方位角估计量
Figure FDA0002903188860000028
(6)比较第k+1次和第k次迭代获得的MUSIC谱峰搜索函数的最大值P maxk+1和P maxk：若P maxk+1>P maxk，则以步骤(5)结果返回进行步骤(3)进行迭代计算；若P maxk+1＝P maxk，则停止迭代计算，以最后的俯仰角估计量
Figure FDA0002903188860000029
方位角估计量
Figure FDA00029031888600000210
作为结果。
2.如权利要求1所述的无人机定位方法，其特征在于：配合大功率无人机反制设备使用时，控制计算机，向接口设备发送衰减请求，并将请求发送到两个天线接收组件的处理设备，处理设备通过配置接口对接收设备发送配置数据，具体是控制接收设备的本振频率以10MHz为增量在2.47G～2.54GHz间调节进行信号预衰减，使接收机对输入信号进行信号预衰减，保护系统不受大功率反制设备损害。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110213010B (zh) * 2019-04-28 2020-07-07 浙江大学 一种基于多通道射频信号的无人机检测系统和方法
CN110290457A (zh) * 2019-05-20 2019-09-27 北京航空航天大学 一种应用于无人机及飞控源探测定位的时间选择阵列系统
CN110208738B (zh) * 2019-06-13 2022-12-06 哈尔滨工业大学 基于阵列调制宽带转换器的信号频率与二维doa联合估计方法
CN110471041B (zh) * 2019-07-19 2021-05-07 西安电子科技大学 一种基于Vivado HLS的二维DOA估计方法
CN111342875B (zh) * 2020-03-04 2021-01-26 电子科技大学 一种基于DoA估计的无人机通信鲁棒波束成形方法
CN111431641B (zh) * 2020-03-25 2022-03-08 江汉大学 一种基于天线阵列的无人机doa估计方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102253363A (zh) * 2011-03-29 2011-11-23 西安交通大学 基于l型阵列的相干信号二维波达方向估计装置及其方法
CN104200110A (zh) * 2014-09-10 2014-12-10 西安电子科技大学 基于去耦合的二维波束扫描测角方法
CN106019234A (zh) * 2016-04-25 2016-10-12 西安电子科技大学 L型天线阵的低计算复杂度二维波达方向估计方法
CN106970382A (zh) * 2017-03-22 2017-07-21 武汉大学 一种基于外辐射源雷达无人机实时监测系统及方法
CN108490425A (zh) * 2018-03-07 2018-09-04 西安电子科技大学 一种双基地mimo雷达的测角方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10116396B1 (en) * 2017-04-28 2018-10-30 Huawei Technologies Canada Co., Ltd. Millimeter-wave sourceless receiver

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102253363A (zh) * 2011-03-29 2011-11-23 西安交通大学 基于l型阵列的相干信号二维波达方向估计装置及其方法
CN104200110A (zh) * 2014-09-10 2014-12-10 西安电子科技大学 基于去耦合的二维波束扫描测角方法
CN106019234A (zh) * 2016-04-25 2016-10-12 西安电子科技大学 L型天线阵的低计算复杂度二维波达方向估计方法
CN106970382A (zh) * 2017-03-22 2017-07-21 武汉大学 一种基于外辐射源雷达无人机实时监测系统及方法
CN108490425A (zh) * 2018-03-07 2018-09-04 西安电子科技大学 一种双基地mimo雷达的测角方法

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