CN111766559A - 一种测向方法、装置、系统、计算机设备以及存储介质 - Google Patents

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CN111766559A CN201910254358.XA CN201910254358A CN111766559A CN 111766559 A CN111766559 A CN 111766559A CN 201910254358 A CN201910254358 A CN 201910254358A CN 111766559 A CN111766559 A CN 111766559A
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吴仁怀
马泽军
赵国庆
郑鑫
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Abstract

本发明属于无线电测向技术领域，尤其涉及一种测向方法、装置、系统、计算机设备以及存储介质。所述测向方法包括以下步骤：获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的时差、到达第二接收机与第三接收机的时差，并分别记为第一时间差和第二时间差；根据所述第一时间差和第二时间差得到所述被测信号的第一到达角；获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的相位差、到达第二接收机与第三接收机的相位差，并分别记为第一相位差和第二相位差；根据所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的第二到达角；由所述第一到达角以及所述第二达到角确定实际到达角。本发明联合了比时测向和比相测向，避免了单一测向方法带来的误差，提高了到达角测量精度。

Description

一种测向方法、装置、系统、计算机设备以及存储介质
技术领域
本发明属于无线电测向技术领域，尤其涉及一种测向方法、装置、系统、计算机设备以及存储介质。
背景技术
测向技术是利用无线电测向机测出信号发射源发出的电波及其传播方向，以确定信号发射源位置的技术。
测向技术在电子对抗领域有重要应用。测向技术的作用有信号分选和识别、引导干扰方向、引导武器攻击、提供告警信息、提供辐射源方向和位置情报等。现有测向方法有比幅、比相、比时测向。比幅、比相测向方法很成熟，比时法是研究热点。
现的技术提供的测向方法测向精度不高，需要进行改进。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种测向方法，旨在解决现有测向方法精度不高，不能满足实际需要的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种测向方法，包括以下步骤：
获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的时差、到达第二接收机与第三接收机的时差，并分别记为第一时间差和第二时间差；
利用比时测向法由所述第一时间差和第二时间差得到所述被测信号的到达角，记为第一到达角；
获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的相位差、到达第二接收机与第三接收机的相位差，并分别记为第一相位差和第二相位差；
利用比相测向法由所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第二到达角；
按预设规则由所述第一到达角以及所述第二达到角确定所述被测信号的实际到达角。
本发明实施例的另一目的在于提供一种测向装置，所述装置包括：
时差获取模块，用于获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的时差、到达第二接收机与第三接收机的时差，并分别记为第一时间差和第二时间差；
比时测向单元，用于利用比时测向法由所述第一时间差和第二时间差得到所述被测信号的到达角，记为第一到达角；
相位差获取单元，用于获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的相位差、到达第二接收机与第三接收机的相位差，并分别记为第一相位差和第二相位差；
比相测向单元，用于利用比相测向法由所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第二到达角；
比较单元，用于按预设规则由所述第一到达角以及所述第二达到角确定所述被测信号的实际到达角。
本发明实施例的另一目的在于提供一种测向系统，所述系统包括：
如上所述的测向装置；以及
第一接收机、第二接收机以及第三接收机，其中，所述第一接收机至少与所述第二接收机通信，所述第三接收机至少与所述第二接收机通信，用于达到信号时差、相位差的测量并传输给所述测向装置。
本发明实施例的另一目的在于提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述的测向方法的步骤。
本发明实施例的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述测向方法的步骤。
本发明实施例提供一种测向方法，联合了比时测向以及比相测向，克服了现有技术单一测向方法测向精度受基线长度限制的问题，从而可以减小测向误差，提高测向精度，实用价值高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的测向方法的应用环境图；
图2为本发明实施例提供的测向方法的流程图；
图3为一维单基线比时法测向原理示意图；
图4为本发明提供的测向方法原理示意图；
图5为一维双基线比相法测向原理示意图；
图6为图2中步骤S210的具体步骤；
图7为图6中步骤S604之外还包括的步骤；
图8为图6中步骤S604之前还包括的步骤；
图9为本发明实施例提供的一种测向装置结构框图；
图10a为入射信号带宽对测向精度的影响示意图；图10b为时差估计结果校正与否对正确解模糊概率的影响示意图；图10c为时差估计结果校正与否对测向精度的影响示意图；图10d为基线长度对测向精度的影响示意图。
图11为一个实施例中计算机设备的内部结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。
图1为本发明实施例提供的测向方法的应用环境图，如图1所示，在该应用环境中，包括信号测量装置110以及计算机设备120。
信号测量装置110用于测量电磁信号，包括时差测量以及相位差测量，测量结果传输到计算机设备120，由计算机设备120进行处理。信号测量装置110与计算机设备120能够实现数据传输，可以通过网络连接，当然，也可以通过人工操作实现信号测量装置110中的数据到计算机设备120的转移，本发明对此不作具体限制。
计算机设备120可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，可以是提供云服务器、云数据库、云存储和CDN等基础云计算服务的云服务器。计算机设备120可以与信号测量装置110设置于同一地点且作为信号测量装置的一个组成部分，当然，也可以独立设置于其它位置，本发明对此不作限制。
如图2所示，在一个实施例中，提出了一种测向方法，本实施例主要以该方法应用于上述图1中的计算机设备120来举例说明。一种测向方法，具体可以包括以下步骤：
步骤S202，获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的时差、到达第二接收机与第三接收机的时差，并分别记为第一时间差和第二时间差。
在本实施例中，一维单基线比时法测向系统由两个信号通道组成，两个测向天线之间的距离d叫做测向基线。当一平面电磁波辐射源从天线视轴夹角θ方向传过来，到达两个天线的距离相差为cΔt，则一维单基线比时法测向原理如图3所示。对于方向θ的来波，两个天线输出信号的时间差为：
Δt＝ksinθ,θ∈[-π,π] (1-1)
式中，k＝dc为波数，c为电磁波传播速度。
由图4所示的本发明的测向系统，可以得到：
0、1两天线间的时差为：
Figure BDA0002013270890000051
1、2两天线间的时差为：
Figure BDA0002013270890000052
步骤S204，利用比时测向法由所述第一时间差和第二时间差得到所述被测信号的到达角，记为第一到达角。
在本实施例中，由上一步骤测得的两接收机的时间差，可以唯一测得信号的到达方向θ：
Figure BDA0002013270890000053
由式2-10可以得到第一到达角θ1。
步骤S206，获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的相位差、到达第二接收机与第三接收机的相位差，并分别记为第一相位差和第二相位差。
在本实施例中，一维单基线比相法测向原理如图5所示。一维单基线比相法测向系统有两个完全相同的接收通道，设有一个平面电磁波从天线视轴夹角θ方向到达测向天线1和2，则天线阵输出信号相位差为
Figure BDA0002013270890000061
其中，λ是信号波长，l为天线间距，也叫基线长度，K为系统增益。如果两个接收通道的幅度和相位响应完全一样，那么正交相位检波输出为：
Figure BDA0002013270890000062
K为系统增益。进行角度变换，得到测向输出为
Figure BDA0002013270890000063
由于鉴相器的无模糊相位检测范围为[-π,π)，因此一维单基线比相法的无模糊测角范围为[-θs,θs)，其中θmax为
Figure BDA0002013270890000064
由于相位差是以2π为周期的，超过2π会出现模糊，不能正确测量出来波方向。因此必须采用一定的解模糊算法对鉴相器输出的相位差进行解模糊。
在本实施例中，由0、1两天线可以得到0、1两天线间的相位差：
Figure BDA0002013270890000065
由1、2两天线可以得到1、2两天线间的相位差：
Figure BDA0002013270890000066
步骤S208，利用比相测向法由所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第二到达角。
在本实施例中，由上一步骤测得的两接收机有相位差，可以唯一得到信号的到达方向θ2。
步骤S210，按预设规则由所述第一到达角以及所述第二达到角确定所述被测信号的实际到达角。
在本实施例中，得到的第一到达角与第二到达角还不能作为最终的测向结果，需要按照预设的规则得到最终的到达角。
本发明实施例提供了一种测向方法，联合了比时法以及比相法测向，并且由两种测向得到的结果最终确定信号到达角，具备两种测相方法优点的同时克服了单一测向方法精度不高的问题，使得本发明实用性更高。
在一个实施例中，如图6所示，步骤S210具体可以包括以下步骤：
步骤S602，判断所述第一到达角与第二到达角是否满足预设条件。
在本实施例中，所述预设条件可以为：在本实施例中，若：
Figure BDA0002013270890000071
步骤S604，若满足预设条件则取所述第一到达角和第二到达角中较小者作为所述实际到达角。
在本实施例中，若第一到达角与第二到达角满足式4-5，这时，从θ1和θ2选则选择最小的最为最终结果，入射信号的到达角θ的最终结果为：
θ＝min(θ1，θ2) (2-2)
本发明实施例提供了一种测向方法，通过比较比时测向以及比相测向的结果，选取更为精确的测量结果，可以提高系统测向的精度，有利于实际应用。
在一个实施例中，如图7所示，步骤S604之外还可以包括以下步骤：
步骤S702，若不满足预设条件则根据解模糊算法对所述第一相位差和第二相位差进行校正。
在本实施例中，本发明采用的是基于余弦定理的解模糊算法，基线长度：l1/l2＝p/q(p和q为互质的正整数)，则
Figure BDA0002013270890000081
和
Figure BDA0002013270890000082
满足：
Figure BDA0002013270890000083
由于一维双基线比相/比时联合测向系统中的鉴相器输出值
Figure BDA0002013270890000084
和
Figure BDA0002013270890000085
只能在(-π,π)，因此当
Figure BDA0002013270890000086
和
Figure BDA0002013270890000087
不在(-π,π)范围内时，这时
Figure BDA0002013270890000088
和
Figure BDA0002013270890000089
不是真实值，存在相位模糊。
Figure BDA00020132708900000810
和
Figure BDA00020132708900000811
真实值为：
Figure BDA00020132708900000812
其中，m、n是相位模糊数，其值为整数。m、n在一定范围内求解才使式(2-4)成立，此时得出的
Figure BDA00020132708900000813
和
Figure BDA00020132708900000814
才是真实的相位差。
根据余数定理，模糊数m和n的推导为：
|sinθ|≤1 (2-5)
由式(1-9)、式(2-4)、式(2-5)可以得到：
Figure BDA00020132708900000815
进一步推导可以得到：
Figure BDA00020132708900000816
由式(2-7)可以看出：当m满足式(2-7)时，n随m变化而变化。而m和n都只能取正整数，由于
Figure BDA00020132708900000817
和
Figure BDA00020132708900000818
存在误差，导致由式(2-7)得到的n不是正整数。但当
Figure BDA00020132708900000819
和
Figure BDA00020132708900000820
与真实值相差非常小时，可以取一个最接近n的整数n0作为n的真实值。由式(2-4)得出的与n0对应m0作为m的真实值。此时可以得出
Figure BDA00020132708900000821
和
Figure BDA00020132708900000822
的真实值，进而求得入射信号的到达角。
步骤S704，利用所述比相测向法由校正后的所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第三到达角。
在本实施例中，根据校正后的第一相位差和第二相位差，参考一维单基线比相法测向的计算过程，可以得到校正后的比相测向法的测向输出，记为第三达到角。
步骤S706，按预设规则由所述第一到达角以及所述第三达到角确定所述被测信号的实际到达角。
在本实施例中，由第一与第三到达角，按预设的规则，例如：若
Figure BDA0002013270890000091
则：从θ1和θ2选则选择最小的最为最终结果，入射信号的到达角θ的最终结果为：
θ＝min(θ1，θ3) (2-9)
本发明实施例提供了一种测向方法，通过比较比时测向以及比相测向的结果，并对采用基于余弦定理的解模糊算法对比相测向进行校正，可以提高系统测向的精度，有利于实际应用。
在一个实施例中，如图8所示，步骤S604之前还可以包括以下步骤：
步骤S802，判断所述第一相位差和第二相位差校正后的值是否满足预设条件。
在本实施例中，当m满足式(2-7)时，n随m变化而变化。而m和n都只能取正整数，由于
Figure BDA0002013270890000092
和
Figure BDA0002013270890000093
存在误差，导致由式(2-7)得到的n不是正整数。但当
Figure BDA0002013270890000094
和
Figure BDA0002013270890000095
与真实值相差非常小时，可以取一个最接近n的整数n0作为n的真实值。由式(2-4)得出的与n0对应m0作为m的真实值。此时可以得出
Figure BDA0002013270890000096
和
Figure BDA0002013270890000097
的真实值，进而求得入射信号的到达角。当式(2-7)不能得到整数解时，采用基于余弦定理的解模糊算法不能对比相测向进行校正，需要采用其它方式。
步骤S804，若不满足预设条件，则根据所述第一时间差和第二时间差对所述第一相位差和第二相位差进行校正。
在本实施例中，采用比时法测向得到的入射信号的时差来对比相法测向得到的入射信号的相位差进行校正。假设采用基于相位差测量的时差估计法测量得到的入射信号到达一维双天线的时差初始值分别为
Figure BDA0002013270890000101
和
Figure BDA0002013270890000102
则相位差要满足如下关系：
Figure BDA0002013270890000103
其中，fr为宽带信号的起始频率。为了保证相邻两基线的剩余相位差满足与两基线长度的原始相位差比值关系，即：
Figure BDA0002013270890000104
必须使相邻两基线的时差估计值的比值等于基线长度的比值，即：
Figure BDA0002013270890000105
当满足以上条件时，可以采用前面介绍的基于余数定理的解模糊算法。
由于噪声信号的存在，导致
Figure BDA0002013270890000106
和
Figure BDA0002013270890000107
不能满足式(3-3)，这时必须要对
Figure BDA0002013270890000108
和
Figure BDA0002013270890000109
进行校正。假设经过校正后的时差为：
Figure BDA00020132708900001010
和
Figure BDA00020132708900001011
两基线收到的入射信号的真实相位差为：
Figure BDA00020132708900001012
步骤S806，利用所述比相测向法由校正后的所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第四到达角。
在本实施例中，由式(3-4)可以测得的入射信号的到达角θ为：
Figure BDA0002013270890000111
为了能让经过校正后的时差在完成对原始相位差校正后，能用基于余数定理的解模糊算法进行正确解相位模糊，即：
Figure BDA0002013270890000112
将式(1-2)和式(1-3)分别代入式(3-6)中，可得：
Figure BDA0002013270890000113
而且经过校正后，Δτ1和Δτ2满足如下关系：
Figure BDA0002013270890000114
只要能保证第一条基线的时差满足式(3-7)，那么第二条基线也满足式(3-7)。则一维双基线比相/比时联合测向系统的正确解模糊条件为：
Figure BDA0002013270890000115
步骤S808，按预设规则由所述第一到达角以及所述第四达到角确定所述被测信号的实际到达角。
在本实施例中，在本实施例中，由第一与第四到达角，按预设的规则，例如：若
Figure BDA0002013270890000116
则：从θ1和θ2选则选择最小的最为最终结果，入射信号的到达角θ的最终结果为：
θ＝min(θ1，θ4) (3-11)
本发明实施例提供了一种测向方法，通过比较比时测向以及比相测向的结果，并对采用比时法测向得到的入射信号的时差来对比相法测向得到的入射信号的相位差进行校正，可以提高系统测向的精度，有利于实际应用。
如图9所示，在一个实施例中，提供了一种测向装置，该测向装置可以集成于上述的计算机设备120中，具体可以包括：
时差获取模块901，用于获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的时差、到达第二接收机与第三接收机的时差，并分别记为第一时间差和第二时间差；
比时测向模块902，用于利用比时测向法由所述第一时间差和第二时间差得到所述被测信号的到达角，记为第一到达角；
相位差获取模块903，用于获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的相位差、到达第二接收机与第三接收机的相位差，并分别记为第一相位差和第二相位差；
比相测向模块904，用于利用比相测向法由所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第二到达角；
比较模块905，用于按预设规则由所述第一到达角以及所述第二达到角确定所述被测信号的实际到达角。
在本实施例中，一维单基线比时法测向系统由两个信号通道组成，两个测向天线之间的距离d叫做测向基线。当一平面电磁波辐射源从天线视轴夹角θ方向传过来，到达两个天线的距离相差为cΔt，则一维单基线比时法测向原理如图3所示。对于方向θ的来波，两个天线输出信号的时间差为：
Δt＝ksinθ,θ∈[-π,π] (1-1)
式中，k＝d/c为波数，c为电磁波传播速度。
由图4所示的本发明的测向系统，可以得到：
0、1两天线间的时差为：
Figure BDA0002013270890000131
1、2两天线间的时差为：
Figure BDA0002013270890000132
在本实施例中，由上一步骤测得的两接收机的时间差，可以唯一测得信号的到达方向θ：
Figure BDA0002013270890000133
由式2-10可以得到第一到达角θ1。
在本实施例中，一维单基线比相法测向原理如图5所示。一维单基线比相法测向系统有两个完全相同的接收通道，设有一个平面电磁波从天线视轴夹角θ方向到达测向天线1和2，则天线阵输出信号相位差为
Figure BDA0002013270890000134
其中，λ是信号波长，l为天线间距，也叫基线长度，K为系统增益。如果两个接收通道的幅度和相位响应完全一样，那么正交相位检波输出为：
Figure BDA0002013270890000135
K为系统增益。进行角度变换，得到测向输出为
Figure BDA0002013270890000136
由于鉴相器的无模糊相位检测范围为[-π,π)，因此一维单基线比相法的无模糊测角范围为[-θs,θs)，其中θmax为
Figure BDA0002013270890000141
由于相位差是以2π为周期的，超过2π会出现模糊，不能正确测量出来波方向。因此必须采用一定的解模糊算法对鉴相器输出的相位差进行解模糊。
在本实施例中，由0、1两天线可以得到0、1两天线间的相位差：
Figure BDA0002013270890000142
由1、2两天线可以得到1、2两天线间的相位差：
Figure BDA0002013270890000143
在本实施例中，由上一步骤测得的两接收机有相位差，可以唯一得到信号的到达方向θ2。
在本实施例中，得到的第一到达角与第二到达角还不能作为最终的测向结果，需要按照预设的规则得到最终的到达角。
本发明实施例提供了一种测向方法，联合了比时法以及比相法测向，并且由两种测向得到的结果最终确定信号到达角，具备两种测相方法优点的同时克服了单一测向方法精度不高的问题，使得本发明实用性更高。
在一个实施例中，比较模块905具体可以包括：
判断单元，判断所述第一到达角与第二到达角是否满足预设条件。
在本实施例中，所述预设条件可以为：在本实施例中，若：
Figure BDA0002013270890000144
比较单元，若满足预设条件则取所述第一到达角和第二到达角中较小者作为所述实际到达角。
在本实施例中，若第一到达角与第二到达角满足式(2-1)，这时，从θ1和θ2选则选择最小的最为最终结果，入射信号的到达角θ的最终结果为：
θ＝min(θ1，θ2) (2-2)
本发明实施例提供了一种测向方法，通过比较比时测向以及比相测向的结果，选取更为精确的测量结果，可以提高系统测向的精度，有利于实际应用。
在一个实施例中，如图11所示，比较单元之外还可以包括：
校正单元，若不满足预设条件则根据解模糊算法对所述第一相位差和第二相位差进行校正。
在本实施例中，本发明采用的是基于余弦定理的解模糊算法，基线长度：l1/l2＝p/q(p和q为互质的正整数)，则
Figure BDA0002013270890000155
和
Figure BDA0002013270890000156
满足：
Figure BDA0002013270890000151
由于一维双基线比相/比时联合测向系统中的鉴相器输出值
Figure BDA0002013270890000157
和
Figure BDA0002013270890000158
只能在(-π,π)，因此当
Figure BDA00020132708900001514
和
Figure BDA00020132708900001513
不在(-π,π)范围内时，这时
Figure BDA0002013270890000159
和
Figure BDA00020132708900001510
不是真实值，存在相位模糊。
Figure BDA00020132708900001512
和
Figure BDA00020132708900001511
真实值为：
Figure BDA0002013270890000152
其中，m、n是相位模糊数，其值为整数。m、n在一定范围内求解才使式(2-4)成立，此时得出的
Figure BDA00020132708900001516
和
Figure BDA00020132708900001515
才是真实的相位差。
根据余数定理，模糊数m和n的推导为：
|sinθ|≤1 (2-5)
由式(1-9)、式(2-4)、式(2-5)可以得到：
Figure BDA0002013270890000153
进一步推导可以得到：
Figure BDA0002013270890000154
由式(2-7)可以看出：当m满足式(2-7)时，n随m变化而变化。而m和n都只能取正整数，由于
Figure BDA0002013270890000163
和
Figure BDA0002013270890000162
存在误差，导致由式(2-7)得到的n不是正整数。但当
Figure BDA0002013270890000164
和
Figure BDA0002013270890000165
与真实值相差非常小时，可以取一个最接近n的整数n0作为n的真实值。由式(2-4)得出的与n0对应m0作为m的真实值。此时可以得出
Figure BDA0002013270890000167
和
Figure BDA0002013270890000166
的真实值，进而求得入射信号的到达角。
比相测向单元，利用所述比相测向法由校正后的所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第三到达角。
在本实施例中，根据校正后的第一相位差和第二相位差，参考一维单基线比相法测向的计算过程，可以得到校正后的比相测向法的测向输出，记为第三达到角。
输出单元，按预设规则由所述第一到达角以及所述第三达到角确定所述被测信号的实际到达角。
在本实施例中，由第一与第三到达角，按预设的规则，例如：若
Figure BDA0002013270890000161
则：从θ1和θ2选则选择最小的最为最终结果，入射信号的到达角θ的最终结果为：
θ＝min(θ1，θ3) (2-9)
本发明实施例提供了一种测向方法，通过比较比时测向以及比相测向的结果，并对采用基于余弦定理的解模糊算法对比相测向进行校正，可以提高系统测向的精度，有利于实际应用。
在一个实施例中，比较模块905还可以包括：
判断子单元，用于判断所述第一相位差和第二相位差校正后的值是否满足预设条件。
在本实施例中，当m满足式(2-7)时，n随m变化而变化。而m和n都只能取正整数，由于
Figure BDA00020132708900001713
和
Figure BDA00020132708900001712
存在误差，导致由式(2-7)得到的n不是正整数。但当
Figure BDA00020132708900001714
和
Figure BDA00020132708900001715
与真实值相差非常小时，可以取一个最接近n的整数n0作为n的真实值。由式(2-4)得出的与n0对应m0作为m的真实值。此时可以得出
Figure BDA00020132708900001717
和
Figure BDA00020132708900001716
的真实值，进而求得入射信号的到达角。当式(2-7)不能得到整数解时，采用基于余弦定理的解模糊算法不能对比相测向进行校正，需要采用其它方式。
时差校正子单元，用于若不满足预设条件，则根据所述第一时间差和第二时间差对所述第一相位差和第二相位差进行校正。
在本实施例中，采用比时法测向得到的入射信号的时差来对比相法测向得到的入射信号的相位差进行校正。假设采用基于相位差测量的时差估计法测量得到的入射信号到达一维双天线的时差初始值分别为
Figure BDA0002013270890000171
和
Figure BDA0002013270890000172
则相位差要满足如下关系：
Figure BDA0002013270890000173
其中，fr为宽带信号的起始频率。为了保证相邻两基线的剩余相位差满足与两基线长度的原始相位差比值关系，即：
Figure BDA0002013270890000174
必须使相邻两基线的时差估计值的比值等于基线长度的比值，即：
Figure BDA0002013270890000175
当满足以上条件时，可以采用前面介绍的基于余数定理的解模糊算法。
由于噪声信号的存在，导致
Figure BDA0002013270890000176
和
Figure BDA0002013270890000177
不能满足式(3-3)，这时必须要对
Figure BDA0002013270890000178
和
Figure BDA0002013270890000179
进行校正。假设经过校正后的时差为：
Figure BDA00020132708900001710
和
Figure BDA00020132708900001711
两基线收到的入射信号的真实相位差为：
Figure BDA0002013270890000181
校正输出子单元，用于利用所述比相测向法由校正后的所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第四到达角。
在本实施例中，由式(3-4)可以测得的入射信号的到达角θ为：
Figure BDA0002013270890000182
为了能让经过校正后的时差在完成对原始相位差校正后，能用基于余数定理的解模糊算法进行正确解相位模糊，即：
Figure BDA0002013270890000183
将式(1-2)和式(1-3)分别代入式(3-6)中，可得：
Figure BDA0002013270890000184
而且经过校正后，Δτ1和Δτ2满足如下关系：
Figure BDA0002013270890000185
只要能保证第一条基线的时差满足式(3-7)，那么第二条基线也满足式(3-7)。则一维双基线比相/比时联合测向系统的正确解模糊条件为：
Figure BDA0002013270890000186
校正比较子单元，用于按预设规则由所述第一到达角以及所述第四达到角确定所述被测信号的实际到达角。
在本实施例中，在本实施例中，由第一与第四到达角，按预设的规则，例如：若
Figure BDA0002013270890000191
则：从θ1和θ2选则选择最小的最为最终结果，入射信号的到达角θ的最终结果为：
θ＝min(θ1，θ4) (3-11)
本发明实施例提供了一种测向方法，通过比较比时测向以及比相测向的结果，并对采用比时法测向得到的入射信号的时差来对比相法测向得到的入射信号的相位差进行校正，可以提高系统测向的精度，有利于实际应用。
在一个实施例中，提供了一种测向系统，所述系统包括：
如以上任一个实施例所述的测向装置；以及
第一接收机、第二接收机以及第三接收机，其中，所述第一接收机至少与所述第二接收机通信，所述第三接收机至少与所述第二接收机通信，用于达到信号时差、相位差的测量并传输给所述测向装置。
以下结合四个仿真实施例对本发明的技术效果进行说明。
例一：考虑到测量结果受入射信号频率和信噪比的影响，在固定目标来波方向θ＝30°，对采用时差校正算法的本发明和传统的不采用时差校正算法的一维双基线比相法测向系统的测向精度进行仿真对比。
参数指标一：固定目标来波方向θ为30°，入射信号为调频信号，入射信号的带宽B＝50MHz，入射信号频率f变化范围为300MHz～6GHz，信噪比SNR变化范围为5～30dB，基线1长度d1＝1m，基线2长度d2＝1.01m，时差测量误差Δτ＝10ps，无模糊基线长度d＝0.01m，相邻分数比n＝1，基线数为2，仿真次数为300次。在不同的入射信号频率或信噪比条件下，采用时差校正与不采用时差校正的两种测向方法的仿真结果如下：
从图10a可以看出：当不存在相位模糊并且入射信号频率或信噪比大小相同时，采用时差校正算法的本发明的测向误差明显小于没有采用时差校正算法的一维双基线比相法测向系统。可见采用时差校正算法明显比不采用时差校正算法更有优势。
例二：考虑到测量结果受基线长度的影响，在固定目标来波方向θ＝30°，对本发明的测向误差受基线长度的影响作以下分析。
参数指标：固定目标来波方向θ为30°，入射信号为调频信号，入射信号的带宽B＝10MHz，入射信号频率f＝300MHz，信噪比SNR变化范围为5～30dB，时差测量精度Δτ＝10ps，基线长度d1和d2分别为(1m，1.01m)、(2m，2.02m)、(5m，5.05m)、(7m，7.07m)，相邻分数比n＝1，基线数为2，仿真次数为300次，不同基线长度下采用时差校正算法的一维双基线比相法测向系统的仿真结果如下：
从图10b可以看出：当不存在相位模糊时，在相同信噪比条件下，采用时差校正的本发明的基线长度越长，测向误差越小，相应测向精度越高。
例三：考虑到测量结果受时差测量精度的影响，在固定目标来波方向θ＝30°，对本发明的测向误差受时差测量精度的影响作以下分析。
参数指标：固定目标来波方向θ为30°，入射信号为调频信号，入射信号的带宽B＝10MHz，入射信号频率f＝300MHz，信噪比SNR变化范围为5-30dB，基线长度d1和d2分别为(1m，1.01m)，时差测量精度Δτ分别为10ps、100ps、1ns、10ns，相邻分数比n＝1，基线数为2，仿真次数为300次，不同时差测量精度下采用时差校正算法的一维双基线比相法测向系统的仿真结果如下：
从图10c可以看出：当时差测量误差小于测量得到的时差，信噪比越大，测向误差越小，相应测向精度越高。如果时差测量误差大于测量得到的时差，无论信噪比增加多少，测向误差依然很大。
例四：考虑到测量结果受入射信号带宽的影响，在固定目标来波方向θ＝30°，对本发明的测向误差受入射信号带宽的影响作以下分析。
参数指标：固定目标来波方向θ为30°，入射信号为调频信号，入射信号的带宽B分别取10MHz、20MHz、30MHz、40MHz，入射信号频率f＝300MHz，信噪比SNR变化范围为5-30dB，基线长度d1和d2分别为(1m，1.01m)，时差测量精度Δτ分别为10ps，相邻分数比n＝1，基线数为2，仿真次数为300次，不同带宽下采用时差校正算法的一维双基线比相法测向系统的仿真结果如下：
从图10d可以看出：当时入射信号带宽越大，测向精度越高。
综上可知：本节利用时差校正对传统的一维双基线比相法测向系统进行解相位模糊，当采用时差校正后，在相同信噪比或入射信号频率下，测向精度比传统的一维双基线比相法测向系统高。此外基线长度越长、入射信号带宽越大、时差测量误差越小，测向精度越高。
图11示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是图1中的终端110(或服务器120)。如图11所示，该计算机设备包括该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现本发明提供的测向方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行本发明提供的测向方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，本申请提供的xx装置可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图11所示的计算机设备上运行。计算机设备的存储器中可存储组成该测向装置的各个程序模块。
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的时差、到达第二接收机与第三接收机的时差，并分别记为第一时间差和第二时间差；
利用比时测向法由所述第一时间差和第二时间差得到所述被测信号的到达角，记为第一到达角；
获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的相位差、到达第二接收机与第三接收机的相位差，并分别记为第一相位差和第二相位差；
利用比相测向法由所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第二到达角；
按预设规则由所述第一到达角以及所述第二达到角确定所述被测信号的实际到达角。
在一个实施例中，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的时差、到达第二接收机与第三接收机的时差，并分别记为第一时间差和第二时间差；
利用比时测向法由所述第一时间差和第二时间差得到所述被测信号的到达角，记为第一到达角；
获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的相位差、到达第二接收机与第三接收机的相位差，并分别记为第一相位差和第二相位差；
利用比相测向法由所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第二到达角；
按预设规则由所述第一到达角以及所述第二达到角确定所述被测信号的实际到达角。
应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种测向方法，其特征在于，所述测向方法包括以下步骤：
获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的时差、到达第二接收机与第三接收机的时差，并分别记为第一时间差和第二时间差；
利用比时测向法由所述第一时间差和第二时间差得到所述被测信号的到达角，记为第一到达角；
获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的相位差、到达第二接收机与第三接收机的相位差，并分别记为第一相位差和第二相位差；
利用比相测向法由所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第二到达角；
按预设规则由所述第一到达角以及所述第二达到角确定所述被测信号的实际到达角。
2.根据权利要求1所述的测向方法，其特征在于，所述按预设规则由所述第一到达角以及所述第二达到角确定所述被测信号的实际到达角，包括以下步骤：
判断所述第一到达角与第二到达角是否满足预设条件；
若满足预设条件则取所述第一到达角和第二到达角中较小者作为所述实际到达角。
3.根据权利要求2所述的测向方法，其特征在于，所述若满足预设条件则取所述第一到达角和第二到达角中较小者作为所述实际到达角，此外还包括以下步骤：
若不满足预设条件则根据解模糊算法对所述第一相位差和第二相位差进行校正；
利用所述比相测向法由校正后的所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第三到达角；
按预设规则由所述第一到达角以及所述第三达到角确定所述被测信号的实际到达角。
4.根据权利要求3所述的测向方法，其特征在于，所述利用所述比相测向法由校正后的所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，之前还包括以下步骤：
判断所述第一相位差和第二相位差校正后的值是否满足预设条件；
若不满足预设条件，则根据所述第一时间差和第二时间差对所述第一相位差和第二相位差进行校正；
利用所述比相测向法由校正后的所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第四到达角；
按预设规则由所述第一到达角以及所述第四达到角确定所述被测信号的实际到达角。
5.一种测向装置，其特征在于，所述测向装置包括：
时差获取模块，用于获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的时差、到达第二接收机与第三接收机的时差，并分别记为第一时间差和第二时间差；
比时测向单元，用于利用比时测向法由所述第一时间差和第二时间差得到所述被测信号的到达角，记为第一到达角；
相位差获取单元，用于获取被测信号到达第一接收机与第二接收机的相位差、到达第二接收机与第三接收机的相位差，并分别记为第一相位差和第二相位差；
比相测向单元，用于利用比相测向法由所述第一相位差和第二相位差得到所述被测信号的到达角，记为第二到达角；
比较单元，用于按预设规则由所述第一到达角以及所述第二达到角确定所述被测信号的实际到达角。
6.一种测向系统，其特征在于，所述系统包括：
如权利要求5所述的测向装置；以及
第一接收机、第二接收机以及第三接收机，其中，所述第一接收机至少与所述第二接收机通信，所述第三接收机至少与所述第二接收机通信，用于达到信号时差、相位差的测量并传输给所述测向装置。
7.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至4中任一项权利要求所述的测向方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至4中任一项权利要求所述测向方法的步骤。
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CN114390669A (zh) * 2020-10-22 2022-04-22 Oppo广东移动通信有限公司 到达角度确定方法及相关装置
CN114390669B (zh) * 2020-10-22 2023-11-07 Oppo广东移动通信有限公司 到达角度确定方法及相关装置

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