CN110907887A - 一种基于均匀圆阵的超分辨测向装置及处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于均匀圆阵的超分辨测向装置及处理系统，包括计算机，所述计算机分别连接有射频开关驱动器、双通道接收机和校正信号源，所述双通道接收机连接有开关矩阵，所述开关矩阵分别与所述校正信号源、所述射频开关驱动器和九元双通道均匀圆阵连接。本发明通过合适的加权和切换开关的顺序，使得双通道法可以利用两个通道接收到的数据恢复阵列的协方差矩阵，大大减低系统复杂度，减小系统成本与体积，提高系统的测向精度，测试结果更加稳健有效。

Description

一种基于均匀圆阵的超分辨测向装置及处理系统
技术领域
本发明涉及超分辨测向技术领域，尤其涉及一种基于均匀圆阵的超分辨测向装置及处理系统。
背景技术
市面上所有的多通道超分辨测向方法，均是一个通道对应一个接收机，然而这种方法使得接收机数量随着阵元的增多随之增加，造成硬件成本与体积也相应增加，同时通道的数量的增加，也会增加通道间幅相不一致、误差增加，使得高分辨、超分辨测向估计算法性能恶化，导致测向系统稳定性与测向系统精度一直达不到国外先进水平。
上述缺陷，值得改进。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于均匀圆阵的超分辨测向装置及处理系统。
本发明技术方案如下：
一种基于均匀圆阵的超分辨测向装置，包括计算机，所述计算机分别连接有射频开关驱动器、双通道接收机和校正信号源，所述双通道接收机连接有开关矩阵，所述开关矩阵分别与所述校正信号源、所述射频开关驱动器和九元双通道均匀圆阵连接。
在一些实施例中，所述计算机为工业计算机。
在一些实施例中，所述工业计算机的工作频段为20MHz～6000MHz。
本发明还提出一种基于均匀圆阵的超分辨测向处理系统，包括：
步骤S1：通过接收到的校正数据，计算出从辅助校正源之后到接收机部分的幅相误差值；
步骤S2：用被测信号数据，重构出阵列的协方差矩阵R0；
步骤S3：用矢量奇异值算法CESVD对R0进行解相干处理，得到解相干后的协方差矩阵R；
步骤S4：将协方差矩阵R进行特征分解，得到特征值和对应的特征矢量；
步骤S5：由特征值通过修正的信息论准则估计出信源个数N；
步骤S6：根据估计出的信源个数N，以及小特征值对应的噪声子空间Un，利用MUSIC算法得到谱估计；
步骤S7：通过谱峰搜索，得到N个信源的DOA。
在一些实施例中，所述信源的DOA通过软件界面展现给用户。
根据上述方案的本发明，其有益效果在于，通过合适的加权和切换开关的顺序，使得双通道法可以利用两个通道接收到的数据恢复阵列的协方差矩阵，大大减低系统复杂度，减小系统成本与体积，提高系统的测向精度，测试结果更加稳健有效。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是本发明侧向抗干扰算法的流程图。
图3是本发明处理系统的流程图。
在图中，10、计算机；20、射频开关驱动器；30、双通道接收机；40、开关矩阵；50、九元双通道均匀圆阵；60、校正信号源。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，一种基于均匀圆阵的超分辨测向装置，包括计算机10，所计算机10分别连接有射频开关驱动器20、双通道接收机30和校正信号源60，双通道接收机30连接有开关矩阵40，开关矩阵40分别与校正信号源60、射频开关驱动器20和九元双通道均匀圆阵50连接。
在一些实施例中，计算机10为工业计算机10。
在一些实施例中，工业计算机10的工作频段为20MHz～6000MHz。
圆阵:相对于线阵，圆阵的估计性能是360°全方位无阵列模糊的，因此本实验系统采用九元的均匀圆阵，九元圆阵与小于九元的圆阵相比，在信号方向上的分辨率更优，为提高分辨率，采用双圈均匀圆阵，在结构上，这两圈均匀圆阵做成一体装在天线罩里。
校正信号源60为了解决通道不一致的问题，在矩阵开关前灌入一个校准信号源，类似于计算系统的传递函数，通过校准信号便可测量出校准信号到接收通道之间的幅相误差，也就是说，除了天线误差无法校正之外，其他的射频部分均得到校正，保证了开关矩阵40的加入不会给系统造成幅相不一致。
开关矩阵40，校正信号与被测信号必须分时接到接收机上，也就是说，校正信号源60与天线不能同时接入，这就需要开关矩阵40控制接入的顺序，且在接入天线阵列以后，需要开关矩阵40控制双通道接收机30分时接到不同的天线阵元上，以采集完整的数据恢复出协方差矩阵。
射频开关驱动器20，由计算机10给出的指令通过射频开关驱动器20来控制矩阵开关的工作状态，当矩阵开关开始工作时，测向的工作就开始了，先使校正源的信号接入到接收机，得到校正数据，再使来自天线阵列的信号加到接收机。
双通道接收机30，本系统采用双通道接收机30将分时得到校正数据与不同的两个天线阵元接收的被测信号数据提供给计算机10进行处理。
计算机10实现人机对话，控制测向的开始与结束，并且将采集到的数据通过软件进行处理，计算出信源的DOA后将结果通过软件界面直观的展现给用户，且一旦启动测向，当被测信源位置移动时，计算机10会实时地把信源方位展现给用户。
计算机10实现对整个系统控制和调度。
工作原理，首先通过射频开关驱动器20控制九元双通道均匀圆阵50开关，捕获环境中特定频段的无线电波信号，射频开关驱动器20发送握手协议信号与开关矩阵40取得通信，对需要打通的天线进行编码和驻留时间参数设置，然后通过双通道接收机30，把截获到的无线电信号转换数据基带信号，对每组天线采集测向数据进行测向抗干扰算法分析处理。其次，判断编码的天线是否都打通完成，若打通完成，表明轮询测向此轮结束，否则，继续打通未打通天线，最后控制校正信号源60开关，测量出接收通道间误差，把采集的37组测向数据送入到计算机10，完成超分辨阵列测向算法，输出测向示向度。
图2为测向抗干扰算法工作流程。数字中频信号通过数字下变频变为数据基带IQ后，首先发送握手协议信号与天线控制板取得通信，然后对需要打通的天线进行编码和驻留时间参数进行设置，其次对每组天线采集测向数据进行测向抗干扰处理，最后判断编码的天线是否都打通完成。测向抗干扰算法的具体步骤如下：
步骤一，发送握手协议信号与天线控制板取得通信，若没有成功，启动延时重发机制，若连续10次重发都没成功，向上位机发送错误类型码，告知人员检查电路连线和系统板子是否工作正常。
步骤二，对需要打通的天线进行编码（0～N）和驻留时间参数设置。
步骤三，启动天线控制触发信号。
步骤四，查询当前组天线i是否打通成功，若没有打通，重发触发信号，若连续重发5次触发信号天线无法打通，向上位机发送一个错误标志码，告知操作人员检修此组天线高低端子是否有损坏。
步骤五，若此组天线i打通成功，进行延时去抖，这样保证天线处于正常打通状态，采集测向数据没有抖动。
步骤六，延时去抖后，按照上位机指令采集一段测向数据。
步骤七，对采集到此组测向数据进行排序，剔除异常测向数据值，这样就大大提高测向准确度，起到测向抗干扰目的。
步骤八，抗干扰处理完成后，输出天线i的测向数据到存储器中。
步骤九，按照驻留时间间隔判断所有天线组是否打通完成，若没有，启动下一组天线打通流程。若完成打通所有天线组，结束轮询测向，等待下次测向命令。
图3所示，本发明还提出一种基于均匀圆阵的超分辨测向处理系统，包括：
步骤S1：通过接收到的校正数据，计算出从辅助校正源之后到接收机部分的幅相误差值，校正幅相的不一致。
步骤S2：用被测信号数据，重构出阵列的协方差矩阵R0；
步骤S3：用矢量奇异值算法CESVD对R0进行解相干处理，得到解相干后的协方差矩阵R；
步骤S4：将协方差矩阵R进行特征分解，得到特征值和对应的特征矢量；
步骤S5：由特征值通过修正的信息论准则估计出信源个数N；
步骤S6：根据估计出的信源个数N，以及小特征值对应的噪声子空间Un，利用MUSIC算法得到谱估计；
步骤S7：通过谱峰搜索，得到N个信源的DOA。
在一些实施例中，所述信源的DOA通过软件界面展现给用户。
需要说明的是，得到被测信源的DOA，是这里的校正源只能校正与方位无关的通道幅相误差，并且这种误差是时变的，需要经常校正，本系统是每进行一次测量时均校正一次幅相误差，这样保证超分辨测向具有优良的性能。
相对于现有技术的有益效果是，采用上述方案，本发明通过合适的加权和切换开关的顺序，使得双通道法可以利用两个通道接收到的数据恢复阵列的协方差矩阵，大大减低系统复杂度，减小系统成本与体积，提高系统的测向精度，使得测试结果更加稳健有效。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
上面对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于均匀圆阵的超分辨测向装置，其特征在于，包括计算机，所述计算机分别连接有射频开关驱动器、双通道接收机和校正信号源，所述双通道接收机连接有开关矩阵，所述开关矩阵分别与所述校正信号源、所述射频开关驱动器和九元双通道均匀圆阵连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于均匀圆阵的超分辨测向装置，其特征在于，所述计算机为工业计算机。
3.根据权利要求2所述的一种基于均匀圆阵的超分辨测向装置，其特征在于，所述工业计算机的工作频段为20MHz～6000MHz。
4.一种基于均匀圆阵的超分辨测向处理系统，其特征在于，包括：
步骤S1：通过接收到的校正数据，计算出从辅助校正源之后到接收机部分的幅相误差值；
步骤S2：用被测信号数据，重构出阵列的协方差矩阵R0；
步骤S3：用矢量奇异值算法CESVD对R0进行解相干处理，得到解相干后的协方差矩阵R；
步骤S4：将协方差矩阵R进行特征分解，得到特征值和对应的特征矢量；
步骤S5：由特征值通过修正的信息论准则估计出信源个数N；
步骤S6：根据估计出的信源个数N，以及小特征值对应的噪声子空间Un，利用MUSIC算法得到谱估计；
步骤S7：通过谱峰搜索，得到N个信源的DOA。
5.根据权利要求4所述的一种基于均匀圆阵的超分辨测向处理系统，其特征在于，所述信源的DOA通过软件界面展现给用户。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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