CN109581278A - 一种虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法，包括如下步骤：（1）利用双通道或多通道测向接收机，记录同时采集到的IQ信号；（2）计算参考天线单元与参考天线单元之外的其他各天线单元采集到的IQ信号之间的二阶统计量复值相位差、四阶统计量复值相位差，并组合为测量矢量；（3）读取相应频点的测向数据库，计算扩展测向数据库；（4）将（2）中的测量矢量与（3）中的扩展测向数据库进行相关计算，相关值最大处作为方向的估计值。本发明所公开虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法，基于测向接收机采集到的IQ信号的二阶和四阶统计信息，实现了测向天线的虚拟孔径扩展，改善了相关干涉仪测向设备在频率低端的测向性能。

Description

一种虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法

技术领域

本发明属于频谱管理中的测向技术领域，特别涉及该领域中的一种虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法。

背景技术

对辐射源进行测向是频谱管理领域的常见任务之一，通常由固定监测站或者移动监测站(主要为车载式)中的测向天线与接收机来实现。

目前测向技术体制主要是沃森瓦特方法和相关干涉仪方法，其中沃森瓦特方法主要适用于HF频段和VHF频段的低端，其测向精度受到天线单元的方向图的不圆度的限制，而且对于电波反射效应、设备误差等因素敏感；相关干涉仪方法适用于HF及以上频段，其对电波反射效应、设备误差等因素的鲁棒性较高，测向精度主要受到阵列孔径的限制。

在移动监测站中，由于天线体积和数量受到了平台的各种限制，VHF/UHF频段通常由一副测向天线覆盖整个频段。如果使用相关干涉仪方法，对于频率中高端而言，天线孔径较为合适，而对于频率低端而言，天线孔径偏小，相应的测向性能因此受到影响。理论上可以考虑引入沃森瓦特方法提高频率低端的测向性能，但是，因为移动平台对频率低端的电波具有明显的反射效应，所以沃森瓦特方法实际效果不佳。也就是说，如何提升频率低端的测向性能成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种可以解决现有相关干涉仪测向技术中频率低端测向性能受限问题的虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法。

本发明采用如下技术方案：

一种虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

(1)利用双通道或多通道测向接收机，记录同时采集到的IQ信号；

(2)计算参考天线单元与参考天线单元之外的其他各天线单元采集到的IQ信号之间的二阶统计量复值相位差、四阶统计量复值相位差，并组合为测量矢量；

具体为：将(1)记录的参考天线单元采集到的IQ信号记为s₀(t)，与其同时采集到的第n个天线单元采集到的IQ信号记为s_n(t),n＝1,2,…,N-1，其中，N为天线单元数量；

二阶统计量相位差记为计算公式为：

其中，E{·}代表数学期望，|·|代表绝对值，(·)^*代表复数共轭，j代表虚部单位；

四阶统计量相位差记为计算公式为：

其中，δ代表预设的门限值；

测量矢量记为v，计算公式为：

测量矢量的长度为2N-2；

(3)读取相应频点的测向数据库，计算扩展测向数据库；

具体为：扩展测向数据库中的每一个矢量的长度为测向数据库中的每一个矢量的长度的两倍；

扩展测向数据库中的每一个矢量的前二分之一的元素与测向数据库中的每一个矢量的元素相同；

扩展测向数据库中的每一个矢量的后二分之一的元素为测向数据库中的每一个矢量的元素的平方；

(4)将(2)中的测量矢量与(3)中的扩展测向数据库进行相关计算，相关值最大处作为方向的估计值。

本发明的有益效果是：

本发明所公开虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法，基于测向接收机采集到的IQ信号的二阶和四阶统计信息，实现了测向天线的虚拟孔径扩展，提供了一种相关干涉仪测向方法，改善了相关干涉仪测向设备在频率低端的测向性能。

本发明所公开虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法，不需要对现有的相关干涉仪测向设备重新进行厂内校准、建立测向数据库的过程，仅需对测向设备的算法内核进行更新，易于被推广使用，具有较好的实用价值。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开测向方法的流程示意图；

图2是本发明实施例1所公开测向方法步骤(1)的流程示意图；

图3是本发明实施例1所公开测向方法步骤(2)的流程示意图；

图4是本发明实施例1所公开测向方法步骤(3)的流程示意图；

图5是本发明实施例1所公开测向方法步骤(4)的仿真图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，假设某测向设备的基本配置如下：

假设测向天线有九个天线单元(编号为0，1，……，8)，其中第0个单元为参考天线单元；

假设接收机有两个接收通道，其中一个接通参考天线单元，另外通过天线选择开关的形式接通其他天线单元；

假设连续采样点数为4096；

如图1所示，本实施例所公开的虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法，包括如下步骤：

步骤一、利用双通道测向接收机，记录同时采集到的IQ信号；

步骤二、计算参考天线单元与参考天线单元之外的其他各天线单元接收到的IQ信号之间的二阶统计量复值相位差、四阶统计量复值相位差，并组合为测量矢量；

步骤三、读取相应频点的测向数据库，计算扩展测向数据库；

步骤四、将步骤二中的测量矢量与步骤三中的扩展测向数据库进行相关计算，相关值最大处作为方向的估计值；

如图2所示，步骤一通过依次接入天线单元的形式，记录8组同时采集到的IQ信号(共计65536个IQ点)，即

如图3所示，步骤二具体包括：计算参考天线单元与参考天线单元之外的其他各天线单元接收到的IQ信号之间的二阶统计量复值相位差、四阶统计量复值相位差，并组成矢量，即：

二阶统计量相位差记为计算公式为：

其中，E{·}代表数学期望，|·|代表绝对值，(·)^*代表复数共轭，j代表虚部单位；

四阶统计量复值相位差记为计算公式为：

其中，δ代表预设的门限值；

测量矢量记为v，组合方式为：

其中，(·)^T代表矩阵转置，测量矢量的长度为16；

如图4所示，步骤三具体包括：读取相应频点的测向数据库，计算扩展测向数据库，其中：

扩展测向数据库中的每一个矢量的长度为16；

扩展测向数据库中的每一个矢量的前8个元素与测向数据库中的每一个矢量的元素相同；

扩展测向数据库中的每一个矢量的后8个元素为测向数据库中的每一个矢量的元素的平方；

如图5所示，步骤四将步骤二中的测量矢量与步骤三中的扩展测向数据库进行相关计算，相关值最大处作为方向的估计值，其中信号中心频率为50MHz，位于VHF/UHF频段的频率低端，入射角度为100度。

Claims (1)

1.一种虚拟孔径扩展的相关干涉仪测向方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用双通道或多通道测向接收机，记录同时采集到的IQ信号；

(2)计算参考天线单元与参考天线单元之外的其他各天线单元采集到的IQ信号之间的二阶统计量复值相位差、四阶统计量复值相位差，并组合为测量矢量；

具体为：将(1)记录的参考天线单元采集到的IQ信号记为s₀(t)，与其同时采集到的第n个天线单元采集到的IQ信号记为s_n(t),n＝1,2,…,N-1，其中，N为天线单元数量；

二阶统计量相位差记为计算公式为：

其中，E{·}代表数学期望，|·|代表绝对值，(·)^*代表复数共轭，j代表虚部单位；

四阶统计量相位差记为计算公式为：

其中，δ代表预设的门限值；

测量矢量记为v，计算公式为：

测量矢量的长度为2N-2；

(3)读取相应频点的测向数据库，计算扩展测向数据库；

具体为：扩展测向数据库中的每一个矢量的长度为测向数据库中的每一个矢量的长度的两倍；

扩展测向数据库中的每一个矢量的前二分之一的元素与测向数据库中的每一个矢量的元素相同；

扩展测向数据库中的每一个矢量的后二分之一的元素为测向数据库中的每一个矢量的元素的平方；

(4)将(2)中的测量矢量与(3)中的扩展测向数据库进行相关计算，相关值最大处作为方向的估计值。