CN112833853A - 一种极低频透地电磁信号源测向方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极低频透地电磁信号源测向方法,以被动接收极低频透地电磁信号的方式对信号源进行定位,不主动发射电场信号,隐蔽性高;作用距离远。本发明可远距离对信号源进行测向定位;事先存储查询矩阵,实际探测时直接调用矩阵,可实现快速测向。
Description
技术领域
本发明属于极低频透地电磁信号源的测向技术领域,具体涉及一种极低频透地电磁信号源测向方法,适合用于在大面积的搜索区域快速确定极低频信号源(如极低频透地电磁通信发射设备、水下航行目标等)的方位。
背景技术
极低频透地电磁波的波长长,传播损耗低,传播距离远,因此特别适用于低带宽信号的远距离传输。目前,已有部分国家利用极低频透地电磁波进行远距离的通信。对于基于极低频透地电磁波的通信信号,确定信号源的方位具有重要的军事意义。
此外,船只和水下航行目标在航行时将产生轴频电场。轴频电场的部分能量渗透至水底,然后以极低频透地电磁波的形式向远处传播。因此,如果能够接收该极低频透地电磁信号并确定信号源的方位,则可以实现船只和水下航行目标的远距离定位。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种极低频透地电磁信号源测向方法,该方法以被动接收极低频透地电磁信号的方式,通过解算多个通道电磁信号的时延或相位,实现对信号源的快速测向。
一种透地电磁信号源测向方法,包括如下步骤:
步骤1、部署探测阵:
将0#电场传感器为公共电场传感器,多个电场传感器在0#公共电场传感器的周围呈放射状分布;记i#电场传感器的经纬度为Pti=(lati,loni),i=1,2,...,n;
步骤2、计算查询矩阵:
根据各个电场传感器位置Pti,生成“信号源方位-信号时延”查询矩阵C:该查询矩阵C为M行N列,其中 为方向分辨率;查询矩阵C中第i行第j列元素表示信号源方位为时,通道k相对于通道l的信号时延,其中,k=1,2,...,n;l=1,2,...,n;k≠l;记为:以Pti为起点,方位为的,且距Pti距离为R的位置经纬度;d(Pti,Ptj)为点Pti和点Ptj的距离;v为电场的传播速度,则为:
步骤3、采集电场信号:
分别采集0#电场传感器与各个独立电场传感器之间的电压,获得n个通道的电场信号;
步骤4、检测信号:
对每个通道的电场信号利用FFT进行频谱分析,如果频率曲线上某频率点fh的幅值满足设定条件,则判断存在频率为fh的电磁信号;
步骤5、计算相位差:
计算n个通道中任意两两通道之间在频率为fh的相位差pij,获得维数为n*(n-1)/2的相位差向量P;
步骤6、计算发射源方位α:
较佳的,所述电场传感器布置在地下或者水下。
threshold为设定阈值;fh-1、fh-2、fh+1和fh+2分别表示频点fh的前一个、前两个、后一个以及后两个频点的幅值。
较佳的,所述步骤4中,阈值threshold取值范围为(1.5,20)。
较佳的,所述步骤4中,FFT分析时,时间窗口长度为T取为10至50秒。
本发明具有如下有益效果:
本发明的一种极低频透地电磁信号源测向方法,以被动接收极低频透地电磁信号的方式对信号源进行定位,不主动发射电场信号,隐蔽性高;作用距离远。本发明可远距离对信号源进行测向定位;事先存储查询矩阵,实际探测时直接调用矩阵,可实现快速测向。
附图说明
图1是极低频透地电磁信号探测阵示意图;
图2为实施例中获得的3个通道的极低频透地电场信号时域曲线。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
(1)部署探测阵:
利用如图1所示的极低频透地电磁信号探测阵,对电磁信号进行探测。其中,0#电场传感器为公共电场传感器,1#—n#电场传感器为独立电场传感器,在0#公共电场传感器的周围呈放射状分布;记i#电场传感器的经纬度为Pti=(lati,loni),i=1,2,...,n。
(2)计算查询矩阵:
根据极低频透地电磁信号探测阵中各个电场传感器位置Pti,生成“信号源方位-信号时延”查询矩阵C。该查询矩阵C为M行N列,其中 为方向分辨率,可根据实际需求设定,一般可设为即方向分辨率为0.1°。查询矩阵C中第i行第j列元素表示信号源方位为时,通道k相对于通道l的信号时延(k=1,2,...,n;l=1,2,...,n;k≠l),其中,则查询矩阵C中第i行元素即为所有通道中两两通道之间的信号时延。记为:以Pti为起点,方位为的,且距Pti距离为R的位置经纬度;d(Pti,Ptj)为点Pti和点Ptj的距离;v为低频透地电场波的传播速度,则为:
(3)采集电场信号:
利用电压放大采集模块0#电场传感器和各个独立电场传感器之间的电压,采样频率为Fs,获得n个通道的极低频透地电场信号(s1,s2,…,sn);
(4)检测信号:
对每个通道的极低频透地电场信号si,利用FFT进行频谱分析,FFT时间窗口长度为T,一般可取为10至50秒。如某频率点fh的幅值|fh|满足:
fh-1、fh-2、fh+1和fh+2分别表示频点fh的前一个、前两个、后一个以及后两个频点的幅值。
则判断存在频率为fh的极低频透地电磁信号,其中,threshold为阈值,取值范围为(1.5,20)。
(5)计算相位差:
计算通道i和通道j在频率为fh的相位差pij,获得维数为n*(n-1)/2的相位差向量P=[p12,p13,…,p1n,p23,p24,…,p2n,…];
(6)计算发射源方位:
实施例:
(1)部署探测阵:
部署4个电场传感器,其中一个公共电场传感器,记为0#电场传感器;1—3#电场传感器为独立电场传感器。记i#电场传感器的经纬度为Pti=(lati,loni),如下表所示。
电场传感器 | 纬度(°) | 经度(°) |
0# | 18.6214 | 107.5513 |
1# | 18.6313 | 107.5533 |
2# | 18.6189 | 107.5415 |
3# | 18.6135 | 107.5601 |
(2)计算查询矩阵:
-0.0451598301 | -0.0637596314 | -0.0185998012 |
-0.0458345501 | -0.0634113865 | -0.0175768364 |
-0.0464936911 | -0.0630429590 | -0.0165492679 |
-0.0471370568 | -0.0626544125 | -0.0155173557 |
-0.0477644576 | -0.0622458177 | -0.0144813600 |
… | … | … |
-0.0437644727 | -0.0643953567 | -0.0206308840 |
-0.0444697344 | -0.0640876377 | -0.0196179033 |
(3)采集电场信号:
本实施例中,采样频率Fs设为1024,获得3个通道的极低频透地电场信号(s1,s2,s3)。例如某时刻时域曲线如图2所示。
(1)检测信号:
对每个通道的极低频透地电场信号si,利用FFT进行频谱分析。本实施例中FFT时间窗口长度为T取为16秒。对于本实施例的信号s1,可得下表:
threshold取2,则其中频率1.625满足:
此时,判断存在频率为fj=1.625的极低频透地电磁信号。
(5)计算相位差:
计算通道i和通道j在频率为fj=1.625的相位差pij,获得维数为3的相位差向量P=[p12,p13,p23]。本实施例中,P=[-2.9015019834,-2.8287106114,0.0727913720]
(6)计算发射源方位:
其中,极大值在i=12时取得,因此信号源方位为:
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种透地电磁信号源测向方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、部署探测阵:
将0#电场传感器为公共电场传感器,多个电场传感器在0#公共电场传感器的周围呈放射状分布;记i#电场传感器的经纬度为Pti=(lati,loni),i=1,2,...,n;
步骤2、计算查询矩阵:
根据各个电场传感器位置Pti,生成“信号源方位-信号时延”查询矩阵C:该查询矩阵C为M行N列,其中 为方向分辨率;查询矩阵C中第i行第j列元素表示信号源方位为时,通道k相对于通道l的信号时延,其中,k=1,2,...,n;l=1,2,...,n;k≠l;记为:以Pti为起点,方位为的,且距Pti距离为R的位置经纬度;d(Pti,Ptj)为点Pti和点Ptj的距离;v为电场的传播速度,则为:
步骤3、采集电场信号:
分别采集0#电场传感器与各个独立电场传感器之间的电压,获得n个通道的电场信号;
步骤4、检测信号:
对每个通道的电场信号利用FFT进行频谱分析,如果频率曲线上某频率点fh的幅值满足设定条件,则判断存在频率为fh的电磁信号;
步骤5、计算相位差:
计算n个通道中任意两两通道之间在频率为fh的相位差pij,获得维数为n*(n-1)/2的相位差向量P;
步骤6、计算发射源方位α:
2.如权利要求1所述的一种透地电磁信号源测向方法,其特征在于,所述电场传感器布置在地下或者水下。
5.如权利要求1所述的一种透地电磁信号源测向方法,其特征在于,所述步骤4中,阈值threshold取值范围为(1.5,20)。
6.如权利要求1所述的一种透地电磁信号源测向方法,其特征在于,所述步骤4中,FFT分析时,时间窗口长度为T取为10至50秒。
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