CN111082844A - 微波测向设备的旁瓣抑制方法、测向方法及微波测向设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波测向设备的旁瓣抑制方法、测向方法及微波测向设备，通过在每个天线单元的旁瓣区域放置吸波材料，使得每个天线单元旁瓣的增益差值为随机波动值，与主瓣的幅度响应值相比，该随机波动值范围较大，因此基于接收的信号的幅度值以及预设的幅度门限阈值便可确定出当前接收到的信号是从主瓣还是旁瓣进入天线单元的，若确定该信号是从旁瓣进入，则说明该信号是无效信号，将该信号的相关数据丢弃从而实现旁瓣抑制，因此不需要增加额外的天线以及信号处理通道这些硬件设备，降低了微波测向设备的体积、重量以及成本，此外，在数字信号处理的维度实现旁瓣抑制，不牺牲数字信号处理机的资源，提升了信号处理效率。
Description
技术领域
本发明涉及微波测向技术领域，更具体地说，涉及一种微波测向设备的旁瓣抑制方法、测向方法及微波测向设备。
背景技术
为了对通信、雷达、数据链等各类辐射源辐射的电磁波信号进行微波测向，以获取辐射源的方向信息，现在提出了一种干涉仪微波微波测向体制，这种体制采用变基线技术，可以使用中、大基础天线阵，采用多信道接收机、数字信号处理技术，使得该体制微波测向灵敏度高、微波测向准确度高、微波测向速度快、可测仰角，有一定的抗波前失真能力。结合目前快速发展的高度集成数字信号处理技术，干涉仪微波微波测向体制技术得到了越来越多的推广和应用，目前已成为微波测向技术领域的主流技术，广泛应用于星载、机载、舰载和地面各种类型的微波测向设备中。
传统微波测向设备的微波测向天线阵通常由特定数量的天线单元组成一维线阵或者二维面阵，所有微波测向天线单元的法线指向均保持一致。为了降低从旁瓣天线面接收到的非探测信号引起设备微波测向误差过大，通常需要采用旁瓣抑制的技术手段。
通过现有的旁瓣抑制手段进行旁瓣抑制时，通常需要增加额外的天线单元来监测旁瓣信号，同时需要增加额外的信号处理通道来实现旁瓣信号的处理，，额外的信号处理通道会增加数字接收机的频率源、变频通道、采集通道等硬件资源，造成数字接收机的体积、重量和成本增加，此外，当旁瓣信号较强的时候，又会出现抑制手段失效的问题，这种情况下只能增加微波测向设备的系统衰减以克服旁瓣信号的影响，但是同时又降低了微波测向的灵敏度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种微波测向设备的旁瓣抑制方法、测向方法及微波测向设备。
为实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
一种微波测向设备的旁瓣抑制方法，所述微波测向设备包括多个天线单元，每一所述天线单元的至少一个旁瓣天线面上设置有吸波材料，所述方法包括：
获取每一天线单元当前接收到的信号的实际特征数据，所述实际特征数据包括信号的实际幅度值；
根据预先设置的与各天线单元的主瓣天线面对应的幅度响应偏差对每一天线单元当前接收到的信号的实际幅度值进行校准得到目标幅度值；
将各所述天线单元当前对应的所述目标幅度值中的最大目标幅度值与最小目标幅度值之差与预设的幅度门限阈值进行比较；
根据比较结果，确定接收到的信号中包括从所述天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号时，将各所述天线单元当前接收到的所述信号的实际特征数据丢弃。
进一步地，所述预设的幅度门限阈值大于等于1dB，且小于等于3dB。
进一步地，所述吸波材料设置在与所述天线单元的主瓣天线面相对的旁瓣天线面上。
进一步地，所述根据比较结果，确定接收到的信号中包括从所述天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号包括：
在所述最大目标幅度值与所述最小目标幅度值之差大于等于所述预设的幅度门限阈值时，确定接收到的信号中包括从所述天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号；
所述方法还包括：
在所述最大目标幅度值与所述最小目标幅度值之差小于所述预设的幅度门限阈值时，存储各天线单元当前接收到的所述信号的实际特征数据。
进一步地，本发明还提供了一种基于上述方法的测向方法，所述实际特征数据包括信号的实际相位值，所述微波测向方法包括：
根据存储的各实际相位值计算发射所述信号的目标辐射源所在的目标方向。
进一步地，本发明还提供了一种微波测向设备其特征在于，所述微波测向设备包括数据获取模块、校准模块、比较模块、处理模块以及多个天线单元，各所述天线单元的至少一个旁瓣天线面上设置有吸波材料；
所述数据获取模块用于获取每一天线单元当前接收到的信号的实际特征数据，所述实际特征数据包括信号的实际幅度值；
所述校准模块用于根据预先设置的与各天线单元的主瓣天线面对应的幅度响应偏差对每一天线单元当前接收到的信号的实际幅度值进行校准得到目标幅度值；
所述比较模块用于将各所述天线单元当前对应的所述目标幅度值中的最大目标幅度值与最小目标幅度值之差与预设的幅度门限阈值进行比较；
所述处理模块用于根据比较结果，确定接收到的信号中包括从所述天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号时，将各所述天线单元当前接收到的所述信号的实际特征数据丢弃。
进一步地，所述预设的幅度门限阈值大于等于1dB，且小于等于3dB。
进一步地，所述吸波材料设置在与所述天线单元的主瓣天线面相对的旁瓣天线面上。
进一步地，所述处理模块用于在所述比较模块输出的比较结果为所述最大目标幅度值与所述最小目标幅度值之差大于等于所述预设的幅度门限阈值时，将各所述天线单元当前接收到的所述信号的实际特征数据丢弃，在所述比较模块输出的比较结果为所述最大目标幅度值与所述最小目标幅度值之差小于所述预设的幅度门限阈值时，存储各天线单元当前接收到的所述信号的实际特征数据。
进一步地，所述微波测向设备还包括方向计算模块，所述方向计算模块用于根据存储的各实际相位值计算发射所述信号的目标辐射源所在的目标方向。
本发明提供的一种微波测向设备的旁瓣抑制方法、测向方法及微波测向设备，通过在每个天线单元的旁瓣天线面上设置吸波材料，使得每个天线单元旁瓣的增益差值为随机波动值，与主瓣的幅度响应值相比，该随机波动值范围较大，因此基于接收的信号的幅度值以及预设的幅度门限阈值便可确定出当前接收到的信号是从主瓣还是旁瓣进入天线单元的，若确定该信号是从旁瓣进入，则说明该信号是无效信号，将该信号的相关数据丢弃从而实现旁瓣抑制，与现有方案相比，本发明提供的方案不需要增加额外的天线以及信号处理通道这些硬件设备，降低了测试设备的体积、重量以及成本，此外，在数字信号处理的维度实现旁瓣抑制，不牺牲数字信号处理机的资源，提升了信号处理效率，并且不牺牲设备的微波测向灵敏度，以保持设备的探测距离和作用范围。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例一提供的微波测向设备的旁瓣抑制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一提供的四元线阵天线单元的增益方向图；
图3为本发明实施例二提供的微波测向设备的第一结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的微波测向设备的第二结构示意图。
具体实施方式
实施例一：
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，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。
本实施例提供一种微波测向设备的旁瓣抑制方法，本实施例中的微波测向设备包括多个天线单元，且每一天线单元的至少一个旁瓣天线面上设置有吸波材料，本实施例中的吸波材料包括但不限于是金属铁粉、铁合金粉、石墨、铁氧体等等。
本实施例所提供的微波测向设备的旁瓣抑制方法可以参见图1所示，包括：
S101：获取每一天线单元当前接收到的信号的实际特征数据，实际特征数据包括信号的实际幅度值。
微波测向设备中的每一个天线单元都可以接收波信号(信号)，步骤S101中需要获取每一个天线单元接收到的波信号的实际特征数据，为便于理解，本实施例以微波测向设备包括4个天线单元为例进行示例说明，这4个天线单元组成四元线阵天线单元。相应的，步骤S101中就可以获取得到4个实际幅度值，假设4个天线单元接收到的信号的实际幅度值分别为：
其中，Vi(i＝1,2,3,4)为天线单元接收到的信号的实际幅度值，ai(i＝1,2,3,4)为相应天线单元接收的信号的最大幅度值，ω为信号的角频率，
为相应天线单元接收的信号的相位值。
S102：根据预先设置的与各天线单元的主瓣天线面对应的幅度响应偏差对每一天线单元当前接收到的信号的实际幅度值进行校准得到目标幅度值。
请参见图2所示，图2为本实施例中的四元线阵天线单元的增益方向图，其中白色椭圆表示主瓣、阴影椭圆表示旁瓣，每个天线单元的主瓣增益经过设计保证，幅度响应偏差可以控制在一个较小的数值范围，本实施例中，假设每个天线单元主瓣天线面的有效微波测向角度范围内的幅度响应偏差分别为σ1、σ2、σ3、σ4。则将当前接收到的信号的实际幅度值减去相应的幅度响应偏差便可得到相应信号的目标幅度值，本实施例中4个天线单元分别接收的信号的4个目标幅度值为：
S103：将各天线单元当前对应的目标幅度值中的最大目标幅度值与最小目标幅度值之差与预设的幅度门限阈值进行比较。
本实施例中4个天线单元当前对应的目标幅度值为S1、S2、S3、S4，所以应当将这4个目标幅度值中的最大值减去最小值，也即是：
Δ＝max[S1,S2,S3,S4]-min[S1,S2,S3,S4]；为便于说明，本实施例中将Δ称为天线单元的极差，对于每一时刻4个天线单元获取得到的实际特征数据，都可以计算得到这4个天线单元对应的极差。
S104：根据比较结果，确定接收到的信号中包括从天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号时，将各天线单元当前接收到的信号的实际特征数据丢弃。
具体的，在最大目标幅度值与所述最小目标幅度值之差大于等于预设的幅度门限阈值时，确定接收到的信号中包括从天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号，此时则将各天线单元当前接收到的信号的实际特征数据丢弃。
所以本实施例中，在得到4个天线单元的极差之后，将该极差与预设的幅度门限阈值进行比较，需要说明的是，本实施例中的预设的幅度门限阈值可以是研发人员根据天线增益设计值与实际测试值灵活设置的，将该幅度门限阈值作为参考值用于区分微波测向设备通过天线单元接收到的信号是从主瓣进入的还是旁瓣进入的。若极差大于等于预设的幅度门限阈值，则说明信号是从天线单元的旁瓣天线面进入的无效信号，此时则丢弃天线单元当前接收到的信号的实际特征数据，从而实现旁瓣抑制。
在最大目标幅度值与最小目标幅度值之差小于预设的幅度门限阈值时，存储各天线单元当前接收到的信号的实际特征数据。
需要说明的是，预先设置的幅度门限阈值可以是在1dB到3dB之间，优选的，可以是3dB，当然了在其他的实施例中，还可以选择其他的数值，比如设置成4dB。
本实施例中的吸波材料可以随机设置在天线单元的任意一个旁瓣天线面上，优选的，可以设置在与天线单元的主瓣天线面相对的旁瓣天线面上。
本实施例还提供了一种基于上述微波测向设备的旁瓣抑制方法的微波测向方法，此时，实际特征数据还应当包括信号的实际相位值，本实施例提供的微波测向方法包括：
根据存储的各实际相位值计算发射信号的目标辐射源所在的目标方向。
具体的来说，可以根据实际相位值利用干涉仪微波测向算法计算得到目标辐射源的方向。在计算得到目标方向之后，可以将存储的实际特征数据删除，以进行下一次计算目标方向的过程。
需要说明的是，在利用微波测向设备进行微波测向的过程中，微波测向设备可以自动循环的执行上述步骤S101-S104，以及计算目标方向的步骤。
实施例二：
本实施例提供一种微波测向设备，请参见图3所示，包括数据获取模块31、校准模块32、比较模块33、处理模块34以及多个天线单元(图3中未示出)，各天线单元的至少一个旁瓣天线面上设置有吸波材料。本实施例中的吸波材料包括但不限于是金属铁粉、铁合金粉、石墨、铁氧体等等。
本实施例中的数据获取模块31用于获取每一天线单元当前接收到的信号的实际特征数据，实际特征数据包括信号的实际幅度值，校准模块32用于根据预先设置的与各天线单元的主瓣天线面对应的幅度响应偏差对每一天线单元当前接收到的信号的实际幅度值进行校准得到目标幅度值，比较模块33用于将各天线单元当前对应的目标幅度值中的最大目标幅度值与最小目标幅度值之差与预设的幅度门限阈值进行比较，处理模块34用于根据比较结果，确定接收到的信号中包括从天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号时，将各天线单元当前接收到的信号的实际特征数据丢弃。
本实施例中预设的幅度门限阈值可以是研发人员根据天线增益设计值与实际测试值灵活设置的，将该幅度门限阈值作为参考值用于区分微波测向设备通过天线单元接收到的信号是从主瓣进入的还是旁瓣进入的。若最大目标幅度值与所述最小目标幅度值之差大于等于预设的幅度门限阈值，则说明信号是从天线单元的旁瓣天线面进入的无效信号，此时则丢弃天线单元当前接收到的信号的实际特征数据，从而实现旁瓣抑制。
需要说明的是，预先设置的幅度门限阈值可以是在1dB到3dB之间，优选的，可以是3dB，当然了在其他的实施例中，还可以选择其他的数值，比如设置成4dB。
本实施例中的吸波材料可以随机设置在天线单元的任意一个旁瓣天线面上，优选的，可以设置在与天线单元的主瓣天线面相对的旁瓣天线面上。
本实施例中的处理模块34用于在比较模块33输出的比较结果为最大目标幅度值与最小目标幅度值之差大于等于预设的幅度门限阈值时，将各天线单元当前接收到的信号的实际特征数据丢弃，在比较模块33输出的比较结果为最大目标幅度值与最小目标幅度值之差小于预设的幅度门限阈值时，存储各天线单元当前接收到的信号的实际特征数据。
请参见图4所示，本实施例提供的微波测向设备还可以包括方向计算模块35，方向计算模块35用于根据当前存储的各实际相位值计算发射信号的目标辐射源所在的目标方向。
要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种微波测向设备的旁瓣抑制方法，其特征在于，所述微波测向设备包括多个天线单元，每一所述天线单元的至少一个旁瓣天线面上放置有吸波材料，所述方法包括：
获取每一天线单元当前接收到的信号的实际特征数据，所述实际特征数据包括信号的实际幅度值；
根据预先设置的与各天线单元的主瓣天线面对应的幅度响应偏差对每一天线单元当前接收到的信号的实际幅度值进行校准得到目标幅度值；
将各所述天线单元当前对应的所述目标幅度值中的最大目标幅度值与最小目标幅度值之差与预设的幅度门限阈值进行比较；
根据比较结果，确定接收到的信号中包括从所述天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号时，将各所述天线单元当前接收到的所述信号的实际特征数据丢弃。
2.如权利要求1所述的微波测向设备的旁瓣抑制方法，其特征在于，所述预设的幅度门限阈值大于等于1dB，且小于等于3dB。
3.如权利要求1所述的微波测向设备的旁瓣抑制方法，其特征在于，所述吸波材料设置在与所述天线单元的主瓣天线面相对的旁瓣天线面上。
4.如权利要求1-3任一项所述的微波测向设备的旁瓣抑制方法，其特征在于，所述根据比较结果，确定接收到的信号中包括从所述天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号包括：
在所述最大目标幅度值与所述最小目标幅度值之差大于等于所述预设的幅度门限阈值时，确定接收到的信号中包括从所述天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号；
所述方法还包括：
在所述最大目标幅度值与所述最小目标幅度值之差小于所述预设的幅度门限阈值时，存储各天线单元当前接收到的所述信号的实际特征数据。
5.一种基于如权利要求4所述方法的测向方法，其特征在于，所述实际特征数据包括信号的实际相位值，所述微波测向方法包括：
根据存储的各实际相位值计算发射所述信号的目标辐射源所在的目标方向。
6.一种微波测向设备，其特征在于，所述微波测向设备包括数据获取模块、校准模块、比较模块、处理模块以及多个天线单元，各所述天线单元的至少一个旁瓣天线面上设置有吸波材料；
所述数据获取模块用于获取每一天线单元当前接收到的信号的实际特征数据，所述实际特征数据包括信号的实际幅度值；
所述校准模块用于根据预先设置的与各天线单元的主瓣天线面对应的幅度响应偏差对每一天线单元当前接收到的信号的实际幅度值进行校准得到目标幅度值；
所述比较模块用于将各所述天线单元当前对应的所述目标幅度值中的最大目标幅度值与最小目标幅度值之差与预设的幅度门限阈值进行比较；
所述处理模块用于根据比较结果，确定接收到的信号中包括从所述天线单元的旁瓣天线面上接收到的无效信号时，将各所述天线单元当前接收到的所述信号的实际特征数据丢弃。
7.如权利要求6所述的微波测向设备，其特征在于，所述预设的幅度门限阈值大于等于1dB，且小于等于3dB。
8.如权利要求6所述的微波测向设备，其特征在于，所述吸波材料设置在与所述天线单元的主瓣天线面相对的旁瓣天线面上。
9.如权利要求6-8任一项所述的微波测向设备，其特征在于，所述处理模块用于在所述比较模块输出的比较结果为所述最大目标幅度值与所述最小目标幅度值之差大于等于所述预设的幅度门限阈值时，将各所述天线单元当前接收到的所述信号的实际特征数据丢弃，在所述比较模块输出的比较结果为所述最大目标幅度值与所述最小目标幅度值之差小于所述预设的幅度门限阈值时，存储各天线单元当前接收到的所述信号的实际特征数据。
10.如权利要求9所述的微波测向设备，其特征在于，所述微波测向设备还包括方向计算模块，所述方向计算模块用于根据存储的各实际相位值计算发射所述信号的目标辐射源所在的目标方向。
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