CN110082711B - 一种比幅比相测向方法和装置 - Google Patents

一种比幅比相测向方法和装置 Download PDF

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CN110082711B CN201910145082.1A CN201910145082A CN110082711B CN 110082711 B CN110082711 B CN 110082711B CN 201910145082 A CN201910145082 A CN 201910145082A CN 110082711 B CN110082711 B CN 110082711B
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Abstract

本发明公开一种比幅比相测向方法和装置。本发明的装置包括第一计算单元、第二计算单元、比幅测向单元、解模糊单元和联合估计单元；本发明的方法包括：利用预先构建的比幅比相二元测向线阵接收来波信号，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差和幅度差；根据相位差测量误差和幅度测量误差，获得相位差测量值和幅度差测量值；利用幅度差测量值估计来波信号的来波方向，获得来波信号的比幅测向结果；对相位差测量值进行解模糊处理，获得解模糊的相位差估计值；根据相位差估计值和幅度差测量值获得来波信号的来波方向，实现比幅比相测向。本发明的技术方案能够实现二元测向线阵的比福比相测向，且能够获得较高精度的测向结果。

Description

一种比幅比相测向方法和装置
技术领域
本发明涉及信号到达角估计技术领域，尤其涉及一种比幅比相测向方法和装置。
背景技术
干涉仪测向体制是一种广为应用的测向体制，二元线阵干涉仪主要用于180°范围内的一维角测向，因其原理简单、实现方便，在测向精度要求不高的一维测角场合得到广泛应用。然而，二元干涉仪线阵为了避免测向模糊一般对基线长度有所限制，这就同时限制了测向精度的提升。另一方面，由于构型的限制，二元干涉仪线阵在特定角度方向测向误差极具上升，影响了一定角度范围内的测向应用。
为了进一步提升干涉仪测向系统的性能，今年来对同时基于幅度及相位信息的比幅比相测向系统有所研究与应用。然而，现有研究成果大多针对和差单脉冲测向系统，考虑基于天线定向特性的传统二元干涉仪线阵的比幅比相系统的研究及性能分析尚未见报导。
发明内容
本发明提供了一种比幅比相测向方法和装置，以至少部分解决上述问题。
第一方面，本发明提供了一种比幅比相测向方法，包括：利用预先构建的比幅比相二元测向线阵接收来波信号，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差和幅度差；根据比幅比相二元测向线阵的相位差测量误差和幅度测量误差，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差测量值和幅度差测量值；利用幅度差测量值估计所述来波信号的来波方向，获得来波信号的比幅测向结果；根据比幅测向结果、相位差对相位差测量值进行解模糊处理，获得解模糊的相位差估计值；根据相位差估计值和幅度差测量值获得来波信号的来波方向，实现比幅比相测向。
在一些实施例中，根据比幅测向结果、相位差对相位差测量值进行解模糊处理，获得解模糊的相位差估计值，包括：获取相位差的数值范围；根据相位差测量值与数值范围，获得未经折叠的相位差集合；从相位差集合中选取与比幅测向结果最接近的相位差作为相位差估计值。
在一些实施例中，根据相位差测量值与所述数值范围，获得未经折叠的相位差集合，包括：根据相位差测量值
Figure GDA0004128592540000021
Figure GDA0004128592540000022
和
Figure GDA0004128592540000023
计算未经折叠的相位差；获得未经折叠的相位差集合为/>
Figure GDA0004128592540000024
其中，λ为来波信号的波长，下标A与B分别表示比幅比相二元测向线阵的第一天线A与第二天线B，d为比幅比相二元测向线阵的基线长度，α为来波方向，/>
Figure GDA0004128592540000025
为相位差测量误差，NL与NH分别为相位差折叠周期数的最小值与最大值，NL为负整数，NH为正整数。
在一些实施例中，从相位差集合中选取与比幅测向结果最接近的相位差作为相位差估计值，包括：根据公式
Figure GDA0004128592540000026
获得相位差折叠周期数估计值N*；利用相位差折叠周期数估计值N*并根据公式
Figure GDA0004128592540000027
获得所述相位差估计值/>
Figure GDA0004128592540000028
在一些实施例中，根据相位差估计值和所述幅度差测量值获得来波信号的来波方向，包括：根据公式
Figure GDA0004128592540000029
在可能来波方向按照设定搜索步进进行搜索，获得每搜索步进下的来波信号的角度搜索值，搜索步进小于预设测向精度；将获得的最小角度搜索值确定为来波方向最佳值；其中，
Figure GDA0004128592540000031
Figure GDA0004128592540000032
为相位差，/>
Figure GDA0004128592540000033
为相位差估计值，UA(α)与UB(α)分别为所述比幅比相二元测向线阵中第一天线A与第二天线B接收所述来波信号的幅度，/>
Figure GDA0004128592540000034
与/>
Figure GDA0004128592540000035
分别为所述第一天线A与第二天线B接收所述来波信号的幅度测量值，Φ(α)与/>
Figure GDA0004128592540000036
分别为来波方向计算过程中的第一矩阵和第二矩阵，W[]是与来波信号的角度无关的加权矩阵，ξ为角度搜索值，/>
Figure GDA0004128592540000037
为所述来波方向的最佳值。
在一些实施例中，比幅比相二元测向线阵包括第一天线与第二天线，第一天线与预设参考平面形成第一夹角，第二天线与预设参考平面形成第二夹角，第二夹角大于所述第一夹角，第一天线与第二天线构成基线长度为d的二元测向线阵，第一夹角和所述第二夹角均小于π并大于0。
第二方向，本发明提供了一种比幅比相测向装置，包括：第一计算单元，用于利用预先构建的比幅比相二元测向线阵接收来波信号，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差和幅度差；第二计算单元，用于根据比幅比相二元测向线阵的相位差测量误差和幅度测量误差，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差测量值和幅度差测量值；比幅测向单元，用于利用幅度差测量值估计所述来波信号的来波方向，获得来波信号的比幅测向结果；解模糊单元，用于根据比幅测向结果、相位差对相位差测量值进行解模糊处理，获得解模糊的相位差估计值；联合估计单元，用于根据相位差估计值和所述幅度差测量值获得来波信号的来波方向，实现比幅比相测向。
在一些实施例中，解模糊单元，用于获取相位差的数值范围；根据相位差测量值与数值范围，获得未经折叠的相位差集合；从相位差集合中选取与所述比幅测向结果最接近的相位差作为相位差估计值。
在一些实施例中，解模糊单元，具体用于根据所述相位差测量值
Figure GDA0004128592540000038
Figure GDA0004128592540000041
和/>
Figure GDA0004128592540000042
计算未经折叠的相位差；获得未经折叠的相位差集合为
Figure GDA0004128592540000043
根据公式
Figure GDA0004128592540000044
获得相位差折叠周期数估计值N*；利用相位差折叠周期数估计值N*并根据公式/>
Figure GDA0004128592540000045
获得所述相位差估计值/>
Figure GDA0004128592540000046
其中，λ为来波信号的波长，下标A与B分别表示比幅比相二元测向线阵的第一天线A与第二天线B，d为比幅比相二元测向线阵的基线长度，α为来波方向，
Figure GDA0004128592540000047
为所述相位差测量误差，NL与NH分别为相位差折叠周期数的最小值与最大值，NL为负整数，NH为正整数。
在一些实施例中，联合估计单元，用于根据公式
Figure GDA0004128592540000048
在可能来波方向按照设定搜索步进进行搜索，获得每搜索步进下的来波信号的角度搜索值，所述搜索步进小于预设测向精度；将获得的最小角度搜索值确定为所述来波方向的最佳值；其中，
Figure GDA0004128592540000049
Figure GDA00041285925400000410
为所述相位差，
Figure GDA00041285925400000411
为相位差估计值，UA(α)与UB(α)分别为所述比幅比相二元测向线阵中第一天线A与第二天线B接收所述来波信号的幅度，/>
Figure GDA00041285925400000412
与/>
Figure GDA00041285925400000413
分别为所述第一天线A与第二天线B接收所述来波信号的幅度测量值，Φ(α)与/>
Figure GDA00041285925400000414
分别为来波方向计算过程中的第一矩阵和第二矩阵，W[]是与来波信号的角度无关的加权矩阵，ξ为角度搜索值，/>
Figure GDA00041285925400000415
为所述来波方向的最佳值。
本发明预先构建比幅比相二元测向线阵，利用比幅比相二元测向线阵接收来波信号，基于测量误差获得来波信号的相位差测量值和幅度差测量值，利用幅度差测量值进行比幅测向，根据比幅测向结果对相位差测量值进行解模糊处理，根据解模糊后的相位差估计和幅度差测量值联合估计来波方向，获得精度较高的测向结果。
附图说明
图1为本发明实施例示出的比幅比相测向方法的流程图；
图2为本发明实施例示出的比幅比相二元测向线阵示意图；
图3为本发明实施例示出的各个可能来波方向拟合误差曲线示意图；
图4为本发明实施例示出的来波方向估计误差直方图；
图5为本发明实施例示出的不同来波方向的测向误差标准差曲线示意图；
图6为本发明实施例示出的不同来波方向的测向误差标准差曲线的局部放大示意图；
图7为本发明实施例示出的不同来波方向模糊概率示意图；
图8为本发明实施例示出的比幅比相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。
本发明提供一种比幅比相测向方法。
图1为本发明实施例示出的比幅比相测向方法的流程图，如图1所示，本实施例的方法包括：
S110，利用预先构建的比幅比相二元测向线阵接收来波信号，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差和幅度差。
S120，根据比幅比相二元测向线阵的相位差测量误差和幅度测量误差，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差测量值和幅度差测量值。
S130，利用幅度差测量值估计所述来波信号的来波方向，获得来波信号的比幅测向结果。
由于比幅比相测向系统中，比幅测向不存在相位模糊的问题，本实施例基于比幅测向结果对相位差测量值进行解相位模糊。
S140，根据比幅测向结果、相位差对相位差测量值进行解模糊处理，获得解模糊的相位差估计值。
S150，根据相位差估计值和幅度差测量值获得来波信号的来波方向，实现定比幅比相测向。
本实施例预先构建比幅比相二元测向线阵，利用比幅比相二元测向线阵接收来波信号，基于测量误差获得来波信号的相位差测量值和幅度差测量值，利用幅度差测量值进行比幅测向，根据比幅测向结果对相位差测量值进行解模糊处理，根据解模糊后的相位差估计和幅度差测量值联合估计来波方向，获得精度较高的测向结果。
下面结合图2-7对上述步骤S110-S150进行详细说明。
首先，执行步骤S110，即利用预先构建的比幅比相二元测向线阵接收来波信号，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差和幅度差。
在本实施例中，比幅比相二元测向线阵包括第一天线与第二天线，第一天线与预设参考平面形成第一夹角，第二天线与所述预设参考平面形成第二夹角，第二夹角大于第一夹角，第一天线与第二天线构成基线长度为d的二元测向线阵，第一夹角和第二夹角均小于π并大于0。
如图2所示，定向天线A与B构成二元测向线阵，两者的波束宽度均为b。其中，第一天线A与参考平面O夹角为第一夹角θ1，第二天线B与参考平面O夹角为第二夹角θ2，0＞θ2＞θ1＞π，同时第一天线A与第二天线B构成一基线长度为d的干涉仪测向线阵，来波方向P与参考平面夹角为α，即α为来波信号的来波方向。常规干涉仪线阵通常使用全向天线或宽波束天线，本发明实施例中为采用比幅测向，使用了波束宽度有限的定向天线。
参考图2示出的比幅比相二元测向线阵，对于来波信号P，由第一天线A与第二天线B组成的二元测向线阵接收来波信号的相位差为：
Figure GDA0004128592540000071
公式(1)中，λ为来波信号的波长。
基于常用的高斯型天线方向图模型，第一天线A与第二天线B接收来波信号的幅度分别为：
Figure GDA0004128592540000081
公式(2)中，UA(α)与UB(α)分别为比幅比相二元测向线阵中第一天线A与第二天线B接收来波信号的幅度，GA与GB分别为第一天线A与第二天线B的增益，通常设置GA＝GB＝G。
基于公式(2)可以获得第一天线A与第二天线B接收来波信号的幅度差值为：
Figure GDA0004128592540000082
在获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差和幅度差之后，继续执行步骤S120，即根据比幅比相二元测向线阵的相位差测量误差和幅度测量误差，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差测量值和幅度差测量值。
实际测量过程中，无论是相位差还是幅度差均有测量误差，同时相位差测量误差应在[-π，π)范围内，即：
Figure GDA0004128592540000083
公式(4)中，
Figure GDA0004128592540000084
相位差测量值，/>
Figure GDA0004128592540000085
与/>
Figure GDA0004128592540000086
分别为第一天线A与第二天线B接收来波信号的幅度测量值，/>
Figure GDA0004128592540000087
为相位差测量误差，/>
Figure GDA0004128592540000088
Figure GDA0004128592540000089
分别为第一天线A与第二天线B的幅度测量误差，运算符[x]2π＝x±2Nπ，N为正整数，且(x±2Nπ)∈[-π，π)。
在获得相位差测量值和幅度差测量值之后，继续执行步骤S130，即利用幅度差测量值估计来波信号的来波方向，获得来波信号的比幅测向结果。
在一个实施例中，可以根据公式(4)的幅度差测量值估计来波信号的来波方向，有：
Figure GDA0004128592540000091
公式(5)中，
Figure GDA0004128592540000092
为根据幅度差测量值估计的来波方向。
在获得来波信号的比幅测向结果之后，执行步骤S140，即根据比幅测向结果、相位差对相位差测量值进行解模糊处理，获得解模糊的相位差估计值。
由公式(4)可以得到，当
Figure GDA0004128592540000093
时往往存在
Figure GDA0004128592540000094
也即产生了相位模糊问题，解相位模糊即通过其他手段恢复出未经过2π折叠的相位，最终求得整数N。比幅比相测向系统中，比幅测向不存在相位模糊问题，因此本发明的一个实施例基于比幅测向结果引导解相位模糊。
在一个实施例中，通过下述方法获得解模糊的相位差估计值：首先获取相位差的数值范围；其次根据相位差测量值与数值范围，获得未经折叠的相位差集合；最后从相位差集合中选取与比幅测向结果最接近的相位差作为相位差估计值。
在一个实施例中，根据公式(1)可以得到相位差的数值范围为
Figure GDA0004128592540000095
该数值范围表明相位差的可能取值范围。
由此，根据相位差测量值
Figure GDA0004128592540000096
计算：
Figure GDA0004128592540000101
公式(6)中，NL为负整数，NH为正整数，NL与NH分别为相位差折叠周期数的最小值与最大值。
根据公式(6)可以计算得到未经折叠的相位差集合为：
Figure GDA0004128592540000102
那么利用公式(1)与公式(5)可以得到，基于比幅测向结果的未经折叠的相位差为：
Figure GDA0004128592540000103
利用公式(7)与公式(8)可以得到，相位差折叠周期数估计值N*：
Figure GDA0004128592540000104
由此，解模糊后得到的相位差估计值
Figure GDA0004128592540000107
为：
Figure GDA0004128592540000105
在获得解模糊的相位差估计值之后，执行步骤S150，即根据相位差估计值和幅度差测量值获得来波信号的来波方向，实现定比幅比相测向。
令
Figure GDA0004128592540000106
那么可以根据公式(12)
Figure GDA0004128592540000111
在可能来波方向按照设定搜索步进进行搜索，获得每搜索步进下的来波信号的角度搜索值，搜索步进小于预设测向精度，将获得的最小角度搜索值确定为来波方向的最佳值，其中搜索步进小于预设测向精度。
公式(12)中，Φ(α)与
Figure GDA0004128592540000112
分别为来波方向计算过程中的第一矩阵和第二矩阵，ξ为角度搜索值，/>
Figure GDA0004128592540000113
为来波方向的最佳值，W[]是与来波信号的角度无关的加权矩阵，当Σ＝cov{ΔΦ}可逆时，W＝Σ-1可使公式(12)残差最小，其中cov{·}为协方差矩阵算符。
在一个实施例中，可以通过公式(13)计算Σ。
Figure GDA0004128592540000114
公式(13)中，
Figure GDA0004128592540000115
分别为第一天线A与第二天线B的相位测量误差的方差，
Figure GDA0004128592540000116
分别为第一天线A与第二天线B的幅度测量误差的方差。
在另一个实施例中，根据现有技术可以获得：
Figure GDA0004128592540000117
公式(14)中，符合∝代表“正比于”，SNRA与SNRB分别为第一天线A与第二天线B接收来波信号的信噪比。
假设采用全向天线时，相位测量误差方差与幅度测量误差方差均为
Figure GDA0004128592540000118
则有：/>
Figure GDA0004128592540000121
在工程实践中，对于来波信号的来波方向估计，给定线阵相位差估计值
Figure GDA0004128592540000122
及幅度比较测量值/>
Figure GDA0004128592540000123
即可根据公式(12)的等价公式(16)在在可能的来波方向区域内按照一定步进搜索：
Figure GDA0004128592540000124
公式(16)中，minαs、maxαs分别为来波方向的角度搜索最小和最大值。此外，搜索步进一般应比测向精度要求低一个数量级，以保证测向精度。
本实施例还对比幅比相测向系统进行性能分析。
假定α＝α0+Δα，α0离α足够近，有：
Φ(α)＝Φ(α0)+J·Δα+o(Δα) (17)
其中，
Figure GDA0004128592540000125
公式(17)中，o(Δα)与Δα高阶量有关。
将公式(17)代入公式(11)，得到：
Figure GDA0004128592540000126
其中，ΔΦ0＝ΔΦ+o(Δα)。
由于Σ＝cov{ΔΦ}为正定矩阵，则
Figure GDA0004128592540000133
的方差为：/>
Figure GDA0004128592540000131
利用公式(20)既可以得到比幅比相测向系统测向误差的方差。
在分析比幅比相测向系统的性能时，还可以计算基于比幅测量结果错误解模糊的概率，以指导工程实践中对测向结果的优化运用。例如，如明确其解模糊错误的可能性，在此基础上明确正确解模糊条件下的测向误差等。
其中，基于比幅测量结果错误解模糊的概率为：
Figure GDA0004128592540000132
公式(21)中，ΔlnUA为符合均值为零，方差为
Figure GDA0004128592540000141
正态分布的随机量，ΔlnUB为符合均值为零，方差为/>
Figure GDA0004128592540000142
的正态分布的随机量，/>
Figure GDA0004128592540000143
为符合均值为零，方差为/>
Figure GDA0004128592540000144
的正态分布的随机量。/>
为计算得到错误解模糊的概率，可采用蒙特卡洛仿真方法，基于大量的仿真样本计算式(21)定义的概率值。
为详细说明本实施例比幅比相测向方法的有益效果，本发明通过下述实施例进行说明。
假设第一天线A和第二天线B波束指向分别为θ1＝25°、θ2＝75°，天线形式为平面螺旋天线，根据工程经验其波束宽度可由下式计算：
Figure GDA0004128592540000145
公式(22)中，D表示天线直径，λ为信号波长，b的单位为度。
由天线波束宽度，根据工程经验其增益为：
Figure GDA0004128592540000146
公式(23)中，G单位为dBi。
不失一般性，假定信号频率为400MHz，D＝1m，则有b＝105°，G＝4.34dBi，另假定
Figure GDA0004128592540000147
假设来波方向为α＝40°，则理论相位差为：/>
Figure GDA0004128592540000151
最后，假定采用全向天线接收时，信号信噪比SNR＝10dB。
信噪比为10dB情况下，测得一组折叠后的含噪的相位差为：0.0374rad，同时测得幅度差为
Figure GDA0004128592540000152
根据相位差的可能区间列出所有可能的未经折叠的(含噪)相位差集合[6.3206rad,0.0374,-6.2458rad]。由式(5)计算得到来波方向的估计值
Figure GDA0004128592540000153
依据/>
Figure GDA0004128592540000154
进一步依据式(9)与式(10)得到相位干涉仪未经折叠的相位差估计值6.3206rad。
之后，依据式(12)基于相位差估计与幅度差测量值联合估计来波方向，图3给出了各个可能的来波方向上拟合误差的倒数，最终估计来波方向为
Figure GDA0004128592540000155
对于α＝40°开展了1000次测试，统计得到来波方向估计误差的直方图如图4所示，可见大多数情况下，估计误差都在几度以内。90°左右的估计误差是因为相位差或幅度差误差过大导致错误解模糊造成。对于正确解模糊的来波方向估计结果，其估计误差标准差统计值为1.3375°。
基于分解结果式(20)，图5与图6分别给出了本实施例参数设置情况下，不同来波方向的测向误差标准差及局部放大图，其中来波方向40°的测向误差标准差值为1.3171°，非常接近1000次仿真统计值1.3375°，验证了公式(20)的有效性。
作为比较，图5和图6还给出了基于定向天线的比幅测向、基于定向天线的比相测向和基于全向天线的比相测向方法在各来波方向的测向误差标准差。可见，本发明实施例的比幅比相测向方法始终取得最优的表现。特别地，在比相方法测向误差很大的区域(例如来波方向<5°)，由于本发明实施例充分利用了比幅信息，其测向精度得到了大幅提升。基于式(21)，对于每一个来波方向，基于10000次蒙特卡洛仿真统计了模糊概率，其结果总结于图7。由图7结果可见，比幅比相测向方法的相位模糊概率更低。
本发明实施例给出的基于定向天线的比幅比相测向方法一方面采用比幅测向信息引导解相位模糊，消除了比相测向短基线的限制，使得比相方法自身测向精度得以大幅提升；另一方面充分利用幅度差和相位差两类测量信息联合估计来波方向，进一步提升了测向精度，尤其使得传统比相方法测向精度很低区域的测向性能得到大幅改善。
本发明还提供一种比幅比相测向装置。
图8为本发明实施例示出的比幅比相测向装置的结构框图，如图8所示，本实施例的装置包括：
第一计算单元81，用于利用预先构建的比幅比相二元测向线阵接收来波信号，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差和幅度差；
第二计算单元82，用于根据比幅比相二元测向线阵的相位差测量误差和幅度测量误差，获得比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差测量值和幅度差测量值；
比幅测向单元83，用于利用幅度差测量值估计所述来波信号的来波方向，获得来波信号的比幅测向结果；
解模糊单元84，用于根据比幅测向结果、相位差对相位差测量值进行解模糊处理，获得解模糊的相位差估计值；
联合估计单元85，用于根据相位差估计值和所述幅度差测量值获得所述来波信号的来波方向，实现比幅比相测向。
在一个实施例中，解模糊单元84，用于获取相位差的数值范围；根据相位差测量值与所述数值范围，获得未经折叠的相位差集合；从相位差集合中选取与所述比幅测向结果最接近的相位差作为所述相位差估计值。
具体的，解模糊单元84用于根据相位差测量值
Figure GDA0004128592540000161
Figure GDA0004128592540000162
和/>
Figure GDA0004128592540000163
计算未经折叠的相位差；获得未经折叠的相位差集合为
Figure GDA0004128592540000171
根据公式
Figure GDA0004128592540000172
获得相位差折叠周期数估计值N*；利用相位差折叠周期数估计值N*并根据公式/>
Figure GDA0004128592540000173
获得所述相位差估计值/>
Figure GDA0004128592540000174
其中，λ为来波信号的波长，下标A与B分别表示所述比幅比相二元测向线阵的第一天线A与第二天线B，d为所述比幅比相二元测向线阵的基线长度，α为来波方向，
Figure GDA0004128592540000175
为所述相位差测量误差，NL与NH分别为相位差折叠周期数的最小值与最大值，NL为负整数，NH为正整数。
在一个实施例中，联合估计单元85，用于根据公式
Figure GDA0004128592540000176
在可能来波方向按照设定搜索步进进行搜索，获得每搜索步进下的来波信号的角度搜索值，所述搜索步进小于预设测向精度；将获得的最小角度搜索值确定为来波方向的最佳值；
其中，
Figure GDA0004128592540000177
Figure GDA0004128592540000178
为所述相位差，/>
Figure GDA0004128592540000179
为相位差估计值，UA(α)与UB(α)分别为所述比幅比相二元测向线阵中第一天线A与第二天线B接收所述来波信号的幅度，/>
Figure GDA00041285925400001710
与/>
Figure GDA00041285925400001711
分别为所述第一天线A与第二天线B接收所述来波信号的幅度测量值，Φ(α)与/>
Figure GDA00041285925400001712
分别为来波方向计算过程中的第一矩阵和第二矩阵，W[]是与来波信号的角度无关的加权矩阵，ξ为角度搜索值，/>
Figure GDA00041285925400001713
为所述来波方向的最佳值。
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。
本发明提供的比幅比相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，本发明提供的比幅比相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比幅比相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比幅比相测向方法。
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比幅比相测向装置中的处理器执行以实现上文描述的比幅比相测向方法。
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 (6)

1.一种比幅比相测向方法，其特征在于，包括：
利用预先构建的比幅比相二元测向线阵接收来波信号，获得所述比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差和幅度差；
根据所述比幅比相二元测向线阵的相位差测量误差和幅度测量误差，获得所述比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差测量值和幅度差测量值；
利用所述幅度差测量值估计所述来波信号的来波方向，获得所述来波信号的比幅测向结果；
根据所述比幅测向结果、所述相位差对所述相位差测量值进行解模糊处理，获得解模糊的相位差估计值；
根据所述相位差估计值和所述幅度差测量值获得所述来波信号的来波方向，实现所述比幅比相测向；
所述根据所述比幅测向结果、所述相位差对所述相位差测量值进行解模糊处理，获得解模糊的相位差估计值，包括：
获取所述相位差的数值范围；
根据所述相位差测量值与所述数值范围，获得未经折叠的相位差集合；
从所述相位差集合中选取与所述比幅测向结果最接近的相位差作为所述相位差估计值；
所述根据所述相位差估计值和所述幅度差测量值获得所述来波信号的来波方向，包括：
根据公式
Figure FDA0004128592530000011
在可能来波方向按照设定搜索步进进行搜索，获得每搜索步进下的来波信号的角度搜索值，所述搜索步进小于预设测向精度；
将获得的最小角度搜索值确定为所述来波方向的最佳值；
其中，
Figure FDA0004128592530000012
Figure FDA0004128592530000013
为所述相位差，/>
Figure FDA0004128592530000014
为相位差估计值，UA(α)与UB(α)分别为所述比幅比相二元测向线阵中第一天线A与第二天线B接收所述来波信号的幅度，/>
Figure FDA0004128592530000021
与/>
Figure FDA0004128592530000022
分别为所述第一天线A与第二天线B接收所述来波信号的幅度测量值，Φ(α)与/>
Figure FDA0004128592530000023
分别为来波方向计算过程中的第一矩阵和第二矩阵，W[]是与来波信号的角度无关的加权矩阵，ξ为角度搜索值，α为来波方向，/>
Figure FDA0004128592530000024
为所述来波方向的最佳值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述相位差测量值与所述数值范围，获得未经折叠的相位差集合，包括：
根据所述相位差测量值
Figure FDA0004128592530000025
Figure FDA0004128592530000026
和/>
Figure FDA0004128592530000027
计算未经折叠的相位差；
获得未经折叠的相位差集合为
Figure FDA0004128592530000028
其中，λ为来波信号的波长，下标A与B分别表示所述比幅比相二元测向线阵的第一天线A与第二天线B，d为所述比幅比相二元测向线阵的基线长度，
Figure FDA0004128592530000029
为所述相位差测量误差，NL与NH分别为相位差折叠周期数的最小值与最大值，NL为负整数，NH为正整数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从所述相位差集合中选取与所述比幅测向结果最接近的相位差作为所述相位差估计值，包括：
根据公式
Figure FDA00041285925300000210
获得相位差折叠周期数估计值N*；
利用相位差折叠周期数估计值N*并根据公式
Figure FDA00041285925300000211
获得所述相位差估计值/>
Figure FDA00041285925300000212
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比幅比相二元测向线阵包括第一天线与第二天线，所述第一天线与预设参考平面形成第一夹角，所述第二天线与所述预设参考平面形成第二夹角，所述第二夹角大于所述第一夹角，所述第一天线与所述第二天线构成基线长度为d的二元测向线阵，所述第一夹角和所述第二夹角均小于π并大于0。
5.一种比幅比相测向装置，其特征在于，包括：
第一计算单元，用于利用预先构建的比幅比相二元测向线阵接收来波信号，获得所述比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差和幅度差；
第二计算单元，用于根据所述比幅比相二元测向线阵的相位差测量误差和幅度测量误差，获得所述比幅比相二元测向线阵接收来波信号的相位差测量值和幅度差测量值；
比幅测向单元，用于利用所述幅度差测量值估计所述来波信号的来波方向，获得所述来波信号的比幅测向结果；
解模糊单元，用于根据所述比幅测向结果、所述相位差对所述相位差测量值进行解模糊处理，获得解模糊的相位差估计值；具体用于获取所述相位差的数值范围；根据所述相位差测量值与所述数值范围，获得未经折叠的相位差集合；从所述相位差集合中选取与所述比幅测向结果最接近的相位差作为所述相位差估计值；
联合估计单元，用于根据所述相位差估计值和所述幅度差测量值获得所述来波信号的来波方向，实现所述比幅比相测向，具体用于：根据公式
Figure FDA0004128592530000031
在可能来波方向按照设定搜索步进进行搜索，获得每搜索步进下的来波信号的角度搜索值，所述搜索步进小于预设测向精度；将获得的最小角度搜索值确定为所述来波方向的最佳值；/>
其中，
Figure FDA0004128592530000032
Figure FDA0004128592530000033
为所述相位差，/>
Figure FDA0004128592530000034
为相位差估计值，UA(α)与UB(α)分别为所述比幅比相二元测向线阵中第一天线A与第二天线B接收所述来波信号的幅度，/>
Figure FDA0004128592530000035
与/>
Figure FDA0004128592530000041
分别为所述第一天线A与第二天线B接收所述来波信号的幅度测量值，Φ(α)与/>
Figure FDA0004128592530000042
分别为来波方向计算过程中的第一矩阵和第二矩阵，W[]是与来波信号的角度无关的加权矩阵，ξ为角度搜索值，α为来波方向，/>
Figure FDA0004128592530000043
为所述来波方向的最佳值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述解模糊单元，具体用于根据所述相位差测量值
Figure FDA0004128592530000044
Figure FDA0004128592530000045
和/>
Figure FDA0004128592530000046
计算未经折叠的相位差；获得未经折叠的相位差集合为
Figure FDA0004128592530000047
根据公式
Figure FDA0004128592530000048
获得相位差折叠周期数估计值N*；利用相位差折叠周期数估计值N*并根据公式/>
Figure FDA0004128592530000049
获得所述相位差估计值/>
Figure FDA00041285925300000410
其中，λ为来波信号的波长，下标A与B分别表示所述比幅比相二元测向线阵的第一天线A与第二天线B，d为所述比幅比相二元测向线阵的基线长度，
Figure FDA00041285925300000411
为所述相位差测量误差，NL与NH分别为相位差折叠周期数的最小值与最大值，NL为负整数，NH为正整数。/>
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