CN109814064B - 一种基于三阵元l型直角阵干涉仪测向方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法和装置。本发明的装置包括角度计算单元、测量值获取单元、函数获取单元和信号方向确定单元；本发明的方法包括：利用三阵元L型直角阵模型，获得三条测向基线处的相位差计算值；利用三阵元L型直角阵干涉仪接收辐射源发出的信号，获得三条测向基线的相位差测量值；根据相位差计算值、相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系，获得关于方位角变量和仰角变量的目标函数；对目标函数进行广义最小二乘处理，获得方位角变量和仰角变量的最优估计值，根据最优估计值获得信号的方向。本发明的技术方案能够显著减少直角阵干涉仪测向系统的测向误差，提高测向精度。

Description

一种基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法和装置

技术领域

本发明涉及干涉仪测向技术领域，尤其涉及一种基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法和装置。

背景技术

干涉仪测向是一种常用的测向体制，三阵元L型直角阵测向系统因其组成简单，求解方便，具备二维测角能力等特点被广泛应用。目前常用的三阵元L型直角阵测向系统包括双通道与三通道两种实现方式，前者分时测量两组互相垂直极限的相位差，而后者同时测量这两组基线的相位差，在一些特定的角度，同时测量相位差体制可以取得更高的测向精度。由于三阵元L型直角阵测向模型简单直观，可以直接获取方位、俯仰角的解析表达式，因而实际中无论是同时测相位差还是分时测相位差实现方式，均基于方位、俯仰角的解析表达式求取其估计值。

为了进一步提升三阵元L型直角阵的测向精度，在给定信号接收信噪比，且给定通道适配校准状态的情况下，可行的方法是增大互相垂直的基线的长度，或增加阵元数量。然而，前者在提升测向精度的同时也增加了测模糊的概率，而后者则加大测向系统的复杂性。

发明内容

本发明提供了一种基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法和装置，以至少部分解决上述问题。

第一方面，本发明提供了一种基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法，包括：利用预先建立的三阵元L型直角阵模型，获得三条测向基线处的相位差计算值，相位差计算值包括信号的方位角变量和仰角变量；利用三阵元L型直角阵干涉仪接收辐射源发出的信号，获得三条测向基线的相位差测量值；根据相位差计算值、相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系，获得关于方位角变量和仰角变量的目标函数；对目标函数进行广义最小二乘处理，获得方位角变量和仰角变量的最优估计值，根据最优估计值获得所述信号的方向。

在一些实施例中，相位差计算值、相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系为：

其中，

为相位差测量值的矩阵表示，Φ(α,β)为相位差计算值的矩阵表示，ΔΦ为相位差测量误差的矩阵表示，

分别表示三条测向基线处的相位差测量值，

分别表示三条测向基线处的相位差测量误差，

分别表示三条测向基线处的相位差计算值，δ₁,δ₂,δ₃分别表示三个阵元处所述信号的相位计算值，

α,β分别表示所述信号的方位角变量和仰角变量，λ表示所述信号的波长，d表示三条测向基线中的两个相互垂直的测向基线长度。

在一些实施例中，目标函数为：

其中，W为与(α,β)无关的加权矩阵。

在一些实施例中，对目标函数进行广义最小二乘处理，获得关于所述方位角变量和所述仰角变量的目标函数，包括：根据公式

计算方位角变量和仰角变量的最优估计值，得到最优估计值为

其中，ξ为对应于方位角变量α的中间角度变量，η为对应于仰角变量β的中间角度变量，ξ∈[0°,360°)，η∈[-90°,90°]，

分别为所述方位角变量和仰角变量的最优估计值，F(ξ,η)为代价函数，

在一些实施例中，根据最优估计值获得信号的方向，包括：确定与信号对应的辐射源所在区域，并根据预设测向精度对所述区域进行网格划分，网格的步进小于预设测向精度；根据所述三阵元L型直角阵模型，获得每个网格点对应的辅助相位差矩阵

根据所述辅助相位差矩阵

和相位差测量值计算所述代价函数F(ξ,η)，获得每个网格点对应的代价函数倒数值；将最大代价函数倒数值对应的方位角和仰角所确定的方向作为信号的方向。

在一些实施例中，获得三条测向基线的相位差测量值，包括：采用双通道分时测量所述三条测向基线处的相位差测量值。

在一些实施例中，三阵元L型直角阵模型为由第一个天线单元、第二个天线单元和第三个天线单元组成的L型直角阵，第一个天线单元与所述第二个天线单元形成第一条测向基线，第一个天线单元与第三个天线单元形成第二条测向基线，第二个天线单元与第三个天线单元形成第三条测向基线，第一条测向基线与所述第二条测向基线相互垂直，且长度相同。

在一些实施例中，第一条测向基线的长度不大于信号波长的一半。

第二方面，本发明提供了一种基于三阵元L型直角阵干涉仪测向装置，包括：角度计算单元，用于利用预先建立的三阵元L型直角阵模型，获得三条测向基线处的相位差计算值，所述相位差计算值包括信号的方位角变量和仰角变量；测量值获取单元，用于利用三阵元L型直角阵干涉仪接收辐射源发出的信号，获得三条测向基线的相位差测量值；函数获取单元，用于根据所述相位差计算值、所述相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系，获得关于所述方位角变量和所述仰角变量的目标函数；信号方向确定单元，用于对所述目标函数进行广义最小二乘处理，获得所述方位角变量和仰角变量的最优估计值，根据所述最优估计值获得所述信号的方向。

在一些实施例中，测量值获取单元，用于采用双通道分时测量所述三条测向基线处的相位差测量值。

本发明测量三条测向基线的相位差测量值，基于相位差计算值、相位差测量值和相位差测量误差三者之间的关系构建关于信号方位角变量和仰角变量的目标函数，通过求解目标函数的最小二乘解对信号的方位角和仰角进行估计，基于估计值确定信号的方向，实现三阵元L型直角阵干涉仪的测向，本实施例可以显著减少测向误差，提高测向精度。

附图说明

图1为本发明实施例示出的基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法的流程图；

图2为本发明实施例示出的三阵元L型直角阵示意图；

图3为本发明实施例示出的分时测两组相位差策略对应的测向误差示意图；

图4为本发明实施例示出的同时测两组相位差策略对应的测向误差示意图；

图5为本发明实施例示出的分时测三组相位差策略对应的测向误差示意图；

图6为本发明实施例示出的基于三阵元L型直角阵干涉仪测向装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。

因此，本发明的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本发明的技术可以采取存储有指令的机器可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。在本发明的上下文中，机器可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，机器可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。机器可读介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。

本发明在不增大互相垂直的基线长度，也不增加阵元数量的前提下，充分利用L型直角阵中潜在的一条较长基线的相位差测量结果，提升测向精度。

本发明提供一种基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法。

图1为本发明实施例示出的基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法的流程图，如图1所示，本实施例的方法包括：

S110，利用预先建立的三阵元L型直角阵模型，获得三条测向基线的相位差计算值，相位差计算值包括信号的方位角变量和仰角变量。

S120，利用三阵元L型直角阵干涉仪接收辐射源发出的信号，获得三条测向基线的相位差测量值；

S130，根据相位差计算值、相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系，获得关于方位角变量和仰角变量的目标函数；

S140，对所述目标函数进行广义最小二乘处理，获得方位角变量和仰角变量的最优估计值，根据所述最优估计值获得信号的来波方向。

本实施例测量三条测向基线的相位差测量值，基于相位差计算值、相位差测量值和相位差测量误差三者之间的关系构建关于信号方位角变量和仰角变量的目标函数，通过求解目标函数的最小二乘解对信号的方位角和仰角进行估计，基于估计值确定信号的方向，实现三阵元L型直角阵干涉仪的测向，本实施例可以显著减少测向误差，提高测向精度。

为便于说明，首先说明三阵元L型直角阵模型的构建方法，并分析利用L型直角阵中较长测向基线的相位差信息能够减少测向误差。

在本实施例中，三阵元L型直角阵模型为由第一个天线单元、第二个天线单元和第三个天线单元组成的L型直角阵，第一个天线单元与第二个天线单元形成第一条测向基线，第一个天线单元与第三个天线单元形成第二条测向基线，第二个天线单元与第三个天线单元形成第三条测向基线，第一条测向基线与第二条测向基线相互垂直，且长度相同。一些实施例中，第一条测向基线的长度不大于信号波长的一半。

如图2所示，第一个天线单元A₁、第二个天线单元A₂、第三个天线单元A₃三个天线单元组成三阵元L型直角阵，信号的方位角α∈[-π,π)，仰角β∈[0,π/2]，A₁与A₂、A₁与A₃形成了两条互相垂直的测向基线，即第一条测向基线A₁A₂和第二条测向基线A₁A₃，第一条测向基线A₁A₂的长度为d，第二条测向基线A₁A₃的长度是d，本实施例设定d≤λ/2，λ为信号波长。

参考图2，在直角坐标系OXYZ中表示辐射源方向(即信号方向)的单位矢量可以写成

r＝(cosβ·cosα，cosβ·sinα，sinβ)^T (1)

按平面波考虑，该辐射源发出的信号在测向基线A₁A₂上的程差是矢量A₁A₂在r方向上的投影，可以表示为Δr₁₂＝r·(d,0,0)^T＝d·cosβ·cosα，因此该信号在测向基线A₁A₂上的相位差计算值(A₂处的相位减A₁处的相位)为

其中，信号的角频率为ω(ω＝2πf)。同理，信号在测向基线A₁A₃上的程差Δr₁₃＝dsinα·cosβ，信号在测向基线A₁A₃上的相位差计算值(A₃处的相位减A₁处的相位)为

即

当

(例如d/λ＜1/2且测量误差很小)时，有

存在测量误差

时，

只要

有估计值

在公式(4)中，

分别表示测向基线A₁A₂与测向基线A₁A₃上的相位差测量值，

分别表示测向基线A₁A₂与测向基线A₁A₃上的相位差测量误差。

需要说明的是，本实施例涉及的计算值应理解为基于三阵元L型直角阵模型，由理论计算得到的值定义为计算值，例如三条测向基线处的相位差计算值；本实施例涉及的测量值应理解为利用三阵元L型直角阵干涉仪接收信号过程中，测量得到的数值，例如测量三条测向基线处的相位差所得到的相位差测量值。

当相位差测量误差

很小时，有

即，

因此基于公式(4)和(6)，可以得到：

公式(7)中，Δα和Δβ分别表示方位角和仰角的估计误差。

接下来分析两通道分时测量相位差与三通道同时测量相位差体制下，传统测向方法的性能，为测向精度提升方法提供性能比较的基准。

针对两通道分时测量相位差

与

的情况，有

其中E{A}表示A的期望值。通常情况下，假设

则基于公式(7)可以得到：

则采用两通道分时测量相位差

与

时，测向均方根误差为：

针对三通道同时测量相位差

与

的情况，有

则结合公式(7)可以得到：

则采用三通道同时测量相位差

与

时，测向均方根误差为：

公式(8)和(10)中，σ_α,σ_β分别表示方位角变量α和仰角变量β的均方差。

针对两通道分时测量相位差

与

的情况

考虑测量误差的相位差方程，以矩阵形式表示为：

公式(12)中，

δ₁,δ₂,δ₃分别为阵元A₁、A₂、A₃处信号的相位计算值，

分别表示阵元A₁、A₂、A₃处信号的相位测量值，

Δδ＝[Δδ₁，Δδ₂，Δδ₃]^T，Δδ₁,Δδ₂,Δδ₃分别为阵元A₁、A₂、A₃处信号的相位测量误差。

当

时，(α,β)的广义最小二乘解为：

在公式(13)中，

为(α,β)的最优估计值，ξ,η均为角度变量，即ξ为对应于方位角变量α的中间角度变量，η为对应于仰角变量β的中间角度变量，ξ∈[0°,360°)，η∈[-90°,90°]，W是与(α,β)无关的加权矩阵，当Σ＝cov{ΔΦ}可逆时，W＝Σ^-1可使残差最小。

假定(α,β)＝(α₀+Δα,β₀+Δβ)，

离(α,β)足够近，有

Φ(α,β)＝Φ(α₀,β₀)+J·(Δα,Δβ)^T+o(Δα,Δβ) (14)

其中，

将公式(14)代入公式(12)中，可以得到：

公式(16)中，ΔΦ₀＝ΔΦ+o(Δα,Δβ)。

若E{ΔΦ₀}＝0，cov(ΔΦ₀)＝Σ为非负定矩阵，其中cov(A)代表矢量A的协方差矩阵，则(Δα,Δβ)的最小方差无偏估计为：

公式(17)中，A+表示A的广义逆矩阵，Q_J＝I-JJ⁺，J+＝(J^TJ)^-1J^T。

若Σ为正定矩阵时，公式(17)可简化为：

的协方差矩阵P为：

P＝(J^TΣ^-1J)^-1 (19)

当(α₀,β₀)＝(α,β)时，

P的主对角线元素即为方位角和仰角的测量误差

和

以下测向误差或协方差矩阵均在(α₀,β₀)＝(α,β)条件下得到，并以(α,β)的函数表示。

用双通道分时测量三组相位差时，

其中I₃为3阶单位阵，忽略高阶量o(Δα,Δβ)的影响，则有：

的协方差矩阵P为：

有公式(15)可以得到：

将公式(22)代入公式(21)可以得到：

则基于公式(23)可以得到：

那么采用两通道分时测量三组相位差时，测向均方根误差为：

比较公式(25)、(9)和(11)，由于sin2αcos²β-1-sin²β≤0，故有：rms₃≤rms₂且rms₃≤rms₁。可见，利用阵元A₃与A₂之间的相位差信息，有助于减小测向误差。

其中，采用三通道同时测量三组相位差时的测向均方根误差与公式(11)相同，因此本实施例没有给出采用三通道同时测量三组相位差的性能分析过程。

对于计算公式(3)、(4)与(13)的过程中，本实施例均设定

的条件，这是由于基于相位测量的原理相位差测量值

必定满足

计算值

不一定满足，当超过此范围时，需进行2π倍的相位折叠，以满足上述公式中的关系。在进行性能分析时，假设

不影响分析的结果。

由此，基于上述分析可以得知，在利用三阵元L型直角阵干涉仪进行测向时，充分利用L型直角阵中潜在的一条较长基线的相位差测量结果，可以减少测向误差，提升测向精度。

下面结合图2-5对上述步骤S110-S140进行详细说明。

首先，执行步骤S110，即利用预先建立的三阵元L型直角阵模型，获得三条测向基线的相位差计算值，相位差计算值包括信号的方位角变量和仰角变量。

如图2所示，对于方位角为α，仰角为β的信号，三个阵元处信号的相位计算值分别为

由此可以得到三条测向基线处的相位差计算值分别为

其中，Φ(α,β)为相位差计算值的矩阵表示，δ为相位计算值的矩阵表示。

在得三条基线的相位差计算值之后，继续执行步骤S120，即利用三阵元L型直角阵干涉仪接收辐射源发出的信号，获得三条测向基线的相位差测量值。

本实施例获得三条测向基线的相位差测量值具体为：采用双通道分时测量所述三条测向基线处的相位差测量值。

在本实施例中，三条测向基线处的相位差测量值分别为

分别为三个阵元处信号的相位测量值，其中，

为相位差测量值的矩阵表示。

在获得三条基线的相位差测量值之后，继续执行步骤S130，即从根据相位差计算值、相位差测量值和三条基线的相位差测量误差三者之间的关系，获得关于方位角变量和仰角变量的目标函数。

本实施例中，所述相位差计算值、所述相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系为：

分别表示三条测向基线处的相位差测量误差，Δδ₁,Δδ₂,Δδ₃分别为三个阵元处信号的相位测量误差，ΔΦ为相位差测量误差的矩阵表示。

由此可以得到目标函数为

其中，W为与(α,β)无关的加权矩阵。

在获得目标函数之后，继续执行步骤S140，即对目标函数进行广义最小二乘处理，获得方位角变量和仰角变量的最优估计值，根据最优估计值获得信号的方向。

在一些实施例中，根据公式

计算方位角变量α和仰角变量β的最优估计值，得到最优估计值为

其中，ξ为对应于方位角变量α的中间角度变量，η为对应于仰角变量β的中间角度变量，ξ∈[0,360°)，η∈[-90°,90°]，

分别为方位角变量和仰角变量的最优估计值，F(ξ,η)为代价函数，

一些实施例中，最优估计值

的求解过程为：

利用双通道分时测量第一条测向基线A₁A₂，第一条测向基线A₁A₂和处的相位差测量值为，将代入公式

可以得到：

本实施例定义公式(26)中的

为代价函数，则公式(26)等价为：

由此得到方位角和仰角的最优估计值

本实施例通过下述方法获得信号的方向：首先确定与所述信号对应的辐射源所在区域，并根据预设测向精度对所述区域进行网格划分，所述网格的步进小于所述预设测向精度，例如网格的步进比预设测向精度小一个数量级；接着根据所述三阵元L型直角阵模型，获得每个网格点对应的辅助相位差矩阵

然后根据所述辅助相位差矩阵

和所述相位差测量值计算所述代价函数F(ξ,η)，获得每个网格点对应的代价函数倒数值；最后将最大代价函数倒数值对应的方位角和仰角所确定的方向作为所述信号的方向。

本实施例在不增大互相垂直的基线长度，也不增加阵元数量的前提下，充分利用三阵元L型直角阵中潜在的一条较长基线的相位差测量结果，并在分时收集三组基线相位差测量结果后，采用加权最小二乘法求取方位角和仰角的估计值，达到提升测向精度的效果。

为详细说明本实施例干涉仪测向方法的有益效果，本发明通过下述实施例进行说明。

考察某来波方向(α＝30°,β＝50°)，利用传统的分时测两组相位差、传统的同时测两组相位差以及本实施例提出的分时测三组相位差手段进行到达角估计。根据典型应用场景，假设

图3-5给出了100次测向试验中三类方法的测向误差。表1总结了三类方法的理论测向均方根误差及根据实测数据总结的均方根误差。

表1

	分时测两组相位差	同时测两组相位差	分时测三组相位差
				理论测向均方根误差	4.9588°	5.2309°	4.2710°
实际测向均方根误差	4.9872°	5.3960°	3.9838°

根据图3-5与表1结果，可以得到本发明实施例提出的基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法能有效提升直角阵干涉仪测向系统的测向精度。

本发明还提供一种基于三阵元L型直角阵干涉仪测向装置。

图6为本发明实施例示出的基于三阵元L型直角阵干涉仪测向装置的结构框图，如图6所示，本实施例的装置包括：

角度计算单元61，用于利用预先建立的三阵元L型直角阵模型，获得三条测向基线处的相位差计算值，所述相位差计算值包括信号的方位角变量和仰角变量；

测量值获取单元62，用于利用三阵元L型直角阵干涉仪接收辐射源发出的信号，获得三条测向基线的相位差测量值；

函数获取单元63，用于根据所述相位差计算值、所述相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系，获得关于所述方位角变量和所述仰角变量的目标函数；

信号方向确定单元64，用于对所述目标函数进行广义最小二乘处理，获得所述方位角变量和仰角变量的最优估计值，根据所述最优估计值获得所述信号的方向。

在一些实施例中，测量值获取单元62，用于采用双通道分时测量所述三条测向基线处的相位差测量值。

信号方向确定单元64，用于根据公式

计算所述方位角变量和仰角变量的最优估计值，得到所述最优估计值为

信号方向确定单元64，还用于确定与所述信号对应的辐射源所在区域，并根据预设测向精度对所述区域进行网格划分，所述网格的步进小于所述预设测向精度；根据所述三阵元L型直角阵模型，获得每个网格点对应的辅助相位差矩阵

根据所述辅助相位差矩阵

和所述相位差测量值计算所述代价函数F(ξ,η)，获得每个网格点对应的代价函数倒数值；将最大代价函数倒数值对应的方位角和仰角所确定的方向作为所述信号的方向。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本发明提供的基于三阵元L型直角阵干涉仪测向装置可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，本发明提供的基于三阵元L型直角阵干涉仪测向装置可包括处理器、存储有机器可执行指令的机器可读存储介质。处理器与机器可读存储介质可经由系统总线通信。并且，通过读取并执行机器可读存储介质中与干涉仪测向逻辑对应的机器可执行指令，处理器可执行上文描述的基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法。

本发明中提到的机器可读存储介质可以是任何电子、磁性、光学或其它物理存储装置，可以包含或存储信息，如可执行指令、数据，等等。例如，机器可读存储介质可以是：RAM(Radom Access Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、DVD等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。

根据本发明公开的示例，本发明还提供了一种包括机器可执行指令的机器可读存储介质，机器可执行指令可由基于三阵元L型直角阵干涉仪测向装置中的处理器执行以实现上文描述的基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于三阵元L型直角阵干涉仪测向方法，其特征在于，包括：

利用预先建立的三阵元L型直角阵模型，获得三条测向基线处的相位差计算值，所述相位差计算值包括信号的方位角变量和仰角变量；所述三阵元L型直角阵模型为由第一个天线单元、第二个天线单元和第三个天线单元组成的L型直角阵，所述第一个天线单元与所述第二个天线单元形成第一条测向基线，所述第一个天线单元与所述第三个天线单元形成第二条测向基线，所述第二个天线单元与所述第三个天线单元形成第三条测向基线，所述第一条测向基线与所述第二条测向基线相互垂直，且长度相同；

利用三阵元L型直角阵干涉仪接收辐射源发出的信号，获得三条测向基线的相位差测量值；

根据所述相位差计算值、所述相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系，获得关于所述方位角变量和所述仰角变量的目标函数；

对所述目标函数进行广义最小二乘处理，获得所述方位角变量和仰角变量的最优估计值，根据所述最优估计值获得所述信号的方向；

其中所述相位差计算值、所述相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系为：

其中，

为相位差测量值的矩阵表示，Φ(α,β)为相位差计算值的矩阵表示，ΔΦ为相位差测量误差的矩阵表示，

分别表示三条测向基线处的相位差测量值，

分别表示三条测向基线处的相位差测量误差，

分别表示三条测向基线处的相位差计算值，δ₁,δ₂,δ₃分别表示三个阵元处所述信号的相位计算值，

α,β分别表示所述信号的方位角变量和仰角变量，λ表示所述信号的波长，d表示三条测向基线中的两个相互垂直的测向基线长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标函数为：

其中，W为与(α,β)无关的加权矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述目标函数进行广义最小二乘处理，获得关于所述方位角变量和所述仰角变量的目标函数，包括：

根据公式

计算所述方位角变量和仰角变量的最优估计值，得到所述最优估计值为

其中，ξ为对应于方位角变量α的中间角度变量，η为对应于仰角变量β的中间角度变量，ξ∈[0°,360°)，η∈[-90°,90°]，

分别为所述方位角变量和仰角变量的最优估计值，F(ξ,η)为代价函数，

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述最优估计值获得所述信号的方向，包括：

确定与所述信号对应的辐射源所在区域，并根据预设测向精度对所述区域进行网格划分，所述网格的步进小于所述预设测向精度；

根据所述三阵元L型直角阵模型，获得每个网格点对应的辅助相位差矩阵

根据所述辅助相位差矩阵

和所述相位差测量值计算所述代价函数F(ξ,η)，获得每个网格点对应的代价函数倒数值；

将最大代价函数倒数值对应的方位角和仰角所确定的方向作为所述信号的方向。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得三条测向基线的相位差测量值，包括：

采用双通道分时测量所述三条测向基线处的相位差测量值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一条测向基线的长度不大于信号波长的一半。

7.一种基于三阵元L型直角阵干涉仪测向装置，其特征在于，包括：

角度计算单元，用于利用预先建立的三阵元L型直角阵模型，获得三条测向基线处的相位差计算值，所述相位差计算值包括信号的方位角变量和仰角变量；

测量值获取单元，用于利用三阵元L型直角阵干涉仪接收辐射源发出的信号，获得三条测向基线的相位差测量值；

函数获取单元，用于根据所述相位差计算值、所述相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系，获得关于所述方位角变量和所述仰角变量的目标函数；

信号方向确定单元，用于对所述目标函数进行广义最小二乘处理，获得所述方位角变量和仰角变量的最优估计值，根据所述最优估计值获得所述信号的方向；

其中所述三阵元L型直角阵模型为由第一个天线单元、第二个天线单元和第三个天线单元组成的L型直角阵，所述第一个天线单元与所述第二个天线单元形成第一条测向基线，所述第一个天线单元与所述第三个天线单元形成第二条测向基线，所述第二个天线单元与所述第三个天线单元形成第三条测向基线，所述第一条测向基线与所述第二条测向基线相互垂直，且长度相同；

所述相位差计算值、所述相位差测量值和三条测向基线的相位差测量误差三者之间的关系为：

其中，

为相位差测量值的矩阵表示，Φ(α,β)为相位差计算值的矩阵表示，ΔΦ为相位差测量误差的矩阵表示，

分别表示三条测向基线处的相位差测量值，

分别表示三条测向基线处的相位差测量误差，

分别表示三条测向基线处的相位差计算值，δ₁,δ₂,δ₃分别表示三个阵元处所述信号的相位计算值，

α,β分别表示所述信号的方位角变量和仰角变量，λ表示所述信号的波长，d表示三条测向基线中的两个相互垂直的测向基线长度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述测量值获取单元，用于采用双通道分时测量所述三条测向基线处的相位差测量值。

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