CN109856627A

CN109856627A - 基于空间补零插值的三角阵相控阵2d-fft测向方法

Info

Publication number: CN109856627A
Application number: CN201910025593.XA
Authority: CN
Inventors: 毕井章; 侯娇; 刘溶; 宋青青
Original assignee: 724th Research Institute of CSIC
Current assignee: 724th Research Institute of CSIC
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明涉及一种基于空间补零插值的三角阵相控阵2D‑FFT测向方法，对三角布阵相控阵首先对各通道干扰信号进行距离向FFT得到频谱，进而提取信号频率及各通道信号相位矩阵；然后对相位矩阵进行空间补零插值得到新的相位矩阵；针对每个频率的空间信号相位矩阵做2D‑FFT，得到空间谱分布；进行两维谱峰搜索，得到信号到达方位、仰角；最后对各个谱峰进行三次样条插值，得到精确的信号到达方位、仰角。

Description

基于空间补零插值的三角阵相控阵2D-FFT测向方法

技术领域

本发明涉及雷达信号处理领域。

背景技术

本发明用于雷达抗干扰领域。雷达作为现代信息战中决定战争胜负的关键元素，日益面临着越来越多的威胁。有源干扰会使雷达难以正常检测出真实威胁目标而成为制约雷达性能的重大威胁。为解决雷达面临的有源干扰问题，实现对干扰源目标的武器打击，通过雷达自身软硬件资源的利用实现对干扰源目标的精确测向具有重要意义。现有阵列测向方法主要有MUSIC、ESPRIT等空间谱估计方法，但空间谱估计算法计算量巨大，对两维测向而言其算法实时性难以满足要求。2D-FFT方法只需对阵列方位、仰角两维进行FFT运算，具有计算量小运算实时的优点，但其只适用于矩形布阵相控阵。

本发明提出一种基于空间补零插值的三角阵相控阵2D-FFT测向方法，对三角布阵相控阵首先对各通道分别进行距离向FFT，得到干扰频率及每个频率对应的各个通道幅度相位，对相位矩阵进行空间补零插值后再进行2D-FFT，得到信号空间谱，谱峰搜索得到谱峰位置，对谱峰进行三次样条插值得到干扰源目标的精确干扰方位、仰角。

发明内容

本发明提出了一种基于空间补零插值的三角阵相控阵2D-FFT测向方法。实现本发明的解决方案是：由一片处理器芯片完成三角布阵相控阵2D-FFT测向，先利用将相控阵M×N阵列(M行N列)通道在雷达逆程时采集的干扰源信号数据分别传输至处理器芯片，在处理器芯片中对各通道数据进行距离向FFT计算获得干扰频率及各频率谱峰对应所有M×N通道的相位，进行空间补零插值处理后由M×N三角阵转变为M×2N相位矩阵，对矩阵再进行2D-FFT计算，通过谱峰搜索和三次样条插值得到干扰方位、仰角。

本技术方法的关键设计点是：补零插值相位矩阵的2D-FFT计算，该方法的基本流程是：采集雷达匿程M×N通道干扰数据；利用各通道采集干扰数据距离向FFT处理结果构建M×2N相位矩阵；对M×2N相位矩阵进行2D-FFT。

本发明基于PowePC的硬件平台进行验证，采用C语言编程。

本发明区别于传统阵列测向算法，对三角布阵相控阵进行空间补零插值后，再进行2D-FFT及三次样条插值得到干扰方向。本发明与现有技术相比，其显著优点为：1.只进行FFT运算，计算量小，处理延时小，实时性高；2.适用于三角布阵相控阵，快速精确测向，得到干扰频率、方位、仰角。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明三角布阵阵列空间补零插值示意图。图中·表示天线实际阵列排布，×表示虚拟阵元。

图2是本发明流程图。

具体实施方式

本发明适用于雷达干扰测向，对三角布阵阵列进行空间补零插值处理，补零后得到矩形阵列，再对空间补零后的矩形阵列进行2D-FFT，再进行谱峰搜索及三次样条插值得到干扰方位、仰角。雷达工作时使用一片处理器芯片完成基于空间补零插值的三角布阵相控阵2D-FFT测向，对M×N阵列(M行N列)距离向FFT后提取干扰频率相位，再对各通道干扰频率相位进行空间补零插值得到M×2N相位矩阵；对M×2N相位矩阵进行2D-FFT、谱峰搜索和三次样条插值。三角布阵阵列空间补零插值如图1所示。基于空间补零插值的三角布阵相控阵2D-FFT测向基本原理如图2所示，具体实施方法如下：

1.雷达匿程采集干扰数据，M×N通道的K点采集数据：

第一行通道数据为：

X₁₁＝[X_11,1,X_11,2,…X_1,K]，X₁₂＝[X_12,1,X_12,2,…X_12,K]，…，X_1N＝[X_1N,1,X_1N,2,…X_1N,K]。

第m行、n列(1≤m≤M，1≤n≤N)通道数据为：X_mn＝[X_mn,1,X_mn,2,…X_mn,K]。

2.处理器接收到M×N通道干扰信号数据后，按通道对应空间位置进行排布，得到M×N×K的复数矩阵数据，对M×N通道干扰采集数据分别进行距离向K点FFT运算，得到M×N个K阶复数频谱向量。

3.选择部分或全部M×N复数频谱向量求模后累加得到一个实数频谱向量，对该实数频谱向量进行一维谱峰搜索，得到P(0≤P≤K)个谱峰位置k₁,k₂,…k_P，则k_i(0≤i≤P)对应干扰频率为：

f_i＝f_c+(k_i-K/2)/K*B k_i＞K/2

f_i＝f_c+k_i/K*B k_i＜K/2

其中f_c为载频，B为采样频率。

4.依次对P(0≤P≤K)个频率取出对应的M×N个复数频谱向量中第k_i(0≤i≤P)点复数，得到P个M×N维复矩阵。

5.依据图1中三角布阵空间插值补零方法，对P个M×N维复矩阵分别进行补零插值，得到M×2N维复矩阵，实阵元对应M×2N维复矩阵中的值为距离向FFT后对应频率位置提取的复值，虚拟阵元对应M×2N维复矩阵中的值为0。

6.对P个M×2N维复矩阵分别进行2D-FFT：

①对M×2N维复矩阵进行方位向的M个X点(X≥max(M,2N))复FFT，得到M×X维复矩阵；

②对M×X维复矩阵进行仰角向的X个X点复FFT，得到X×X维复矩阵。

7.对P个X×X维复矩阵分别进行两维谱峰搜索，得到干扰信号对应的空间谱峰位置，即空间角频率。

8.对得到的两维谱峰，在其附近分别取值进行三次样条插值，再三次样条插值后搜索最大值位置，得到精确的空间角频率，方位向为仰角向为sinθ，其中为方位、θ为仰角。

9.根据空间角频率即可计算干扰源的方位和仰角。

Claims

1.基于空间补零插值的三角阵相控阵2D-FFT测向方法，其特征在于：对三角布阵M×N阵列各通道在雷达逆程时进行干扰信号采集；随后对各通道进行距离向FFT计算并根据谱峰提取干扰目标信号的频率、相位，再对各通道各干扰谱峰的相位进行空间补零插值得到M×2N维相位矩阵；对M×2N相位矩阵进行2D-FFT，得到空间谱；在空间谱矩阵中进行谱峰搜索得到谱峰位置；对谱峰进行三次样条插值得到精确的空间角频率；根据空间角频率计算干扰源的方位和仰角。

2.根据权利要求1所述的基于空间补零插值的三角阵相控阵2D-FFT测向方法，其特征在于：在M×N阵列相控阵中对每一个干扰源获取M×N维干扰信号相位矩阵；依据相控阵阵列天线的空间排布，补零插值，得到M×2N维相位矩阵；对M×2N相位矩阵方位向先进行X点FFT，得到再M×X维矩阵；再进行仰角向X点FFT，得到再X×X维矩阵。