CN113567916A - 一种相关干涉仪测向方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相关干涉仪测向方法、系统、设备及存储介质，其测向方法包括按照预设频率采集测向天线中各测量振子所接收到的信号，并获取各测量振子所对应的幅度和相位信息；利用信号幅度对相位信息进行加权处理，与相位样本库预存的各角度相位矢量进行相关运算，以获得各角度对应的相关系数；根据各角度所对应的相关系数对信号来波方向进行计算以输出最终的测向结果。本发明在相关运算过程中对各天线振子的信号幅度进行归一化，利用该归一化幅度矢量对相位相关运算进行加权，降低弱信号对相关结果的影响，提升弱信号条件下的测向精度。
Description
技术领域
本发明涉及无线电测向领域，尤其涉及一种相关干涉仪测向方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
随着通信技术的发展，无线电干扰现象也越来越严重，为了高效地利用有限的频谱资源，保证正常通信的畅通，必须进行无线电监测和测向。无线电测向是依据电磁波传播特性，使用仪器设备测定无线电波来波方向的过程。
相关干涉仪是在干涉仪测向的基础上发展起来的一种测向体制，其实质还是利用无线电信号相对于天线阵参考方向的方位与天线阵元间信号的相位分布有一一对应的关系，如果知道了天线阵元间的相位分布，通过比较相位分布与事先已存的各方位、各频率来波相位分布的相似性，可获得无线电信号的入射方位。相关干涉仪由于采用了相关处理技术，弱化了传统干涉仪中由于互耦、载体等对测向精度的不利影响，是一种广泛应用的高精度测向技术。
传统的相关干涉仪测向技术，采用全向天线振子，主要利用各天线振子接收的相位信息，组成天线阵后，由于互耦及振子遮挡等影响，天线振子的方向图发生畸变，偏离理想的全向特性，在信号接收功率较低时，部分振子接收信号较弱，其相位测量误差变大，引起整体测向精确度的下降。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种相关干涉仪测向方法，可提升在弱信号条件下的测向精度。
本发明的目的之二在于提供一种相关干涉仪测向系统。
本发明的目的之三在于提供一种相关干涉仪设备。
本发明的目的之四在于提供一种计算机可读存储介质。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种相关干涉仪测向方法，包括：
按照预设频率采集测向天线中各测量振子所接收到的信号，并获取各测量振子所对应的幅度和相位信息；
利用信号幅度对相位信息进行加权处理以获得各角度所对应的相关系数；
获取相关系数矢量的峰值点所对应的矢量角度和相关系数值；
获知样本库的采样间隔，根据采样间隔对与峰值点相邻的两个点进行标记，并获取与其峰值点相邻两个标记点的矢量角度及其对应的相关系数值；
根据峰值点及其相邻两个点的矢量角度、相关系数值，通过二项式曲线拟合方法计算获得最终的测向角度。
进一步地，获取各测量振子的相位信息包括采集所得的所有测量振子与参考振子之间的相位差矢量，和从样本库中读取的预设频率所对应的样本数据的相位差矢量。
进一步地，所述样本库的建立方法为：
控制测向天线按照预设的频率、方位及天线四周范围内预设的角度间隔依次发射信号，记录每个角度上各测量振子与参考振子之间的相位差矢量，并将所有相位差数据作为样本数据存储在样本库中。
进一步地，利用信号幅度对相位信息进行加权处理之前，还包括：
对各测量振子的信号幅度进行矢量搜索以获得最大幅度值；
结合最大幅度值分别对每个测量振子的幅度矢量进行归一化处理以获得每个测量振子所对应的归一化幅度矢量值。
进一步地，计算相关系数的公式为：
其中，n为天线振子的数量；
为第j个测量振子的归一化幅度矢量；
为样本库中第j个测量振子在第i个角度间隔上的相位差矢量；
为第j个测量振子与参考振子之间的相位差矢量。
进一步地，所述二项式曲线拟合方法对应的公式为：
其中，
为最终的测向结果；
为峰值点所对应的矢量角度；
为峰值点所对应的相关系数值；
和
分别为与峰值点相邻的两个点，
为
点的相关系数值，
为
点的相关系数值。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种相关干涉仪测向系统，执行如上述的相关干涉仪测向方法，包括：
信号采集模块，用于按照预设频率采集测向天线中各测量振子所接收到的信号；
幅度相位计算模块，用于计算各测量振子的接收信号幅度，以及各测量振子和参考振子之间的相位差矢量；
相关系数计算模块，用于从样本库中读取预设频率所对应的样本数据，利用信号幅度对相位差矢量进行加权处理后结合样本数据进行相关计算获得各角度所对应的相关系数；
角度计算模块，用于根据各角度所对应的相关系数对信号来波方向进行计算以输出最终的测向结果。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种相关干涉仪设备，其包括处理器、存储器及存储于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上述的相关干涉仪测向方法。
本发明的目的之使采用如下技术方案实现：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的相关干涉仪测向方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明计算各天线振子和参考振子直接接收信号的相位差，形成一组相位差矢量，将这个相位差矢量与样本库中所对应频率所有的相位差矢量进行比较，找出与这个测量的相位差矢量最接近的一组样本相位差矢量，计算出入射信号的方向信息；本发明通过相关运算反映当前测试获得的相位差矢量和样本数据的相似程度，并在相关运算过程中对各天线振子的测量幅度进行归一化，利用该归一化幅度矢量对相位相关运算进行加权，降低弱信号对相关结果的影响，提升弱信号条件下的测向精度。
附图说明
图1为本发明的相关干涉仪测向方法的流程示意图；
图2为本发明相关系数与测向角度的示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
本实施例提供一种相关干涉仪测向方法，该测向方法对测向算法进行改进，可适用于单通道、双通道及多通道相关干涉仪系统；主要是在进行相关运算时，利用天线振子接收信号的幅度信息对相关干涉仪测向结果进行加权，保证相关运算的结果主要依赖于接收幅度较强的天线振子，降低接收信号幅度弱的天线振子对相关运算结果的影响，从而提升在弱信号条件下的测向精度。
如图1所示，本实施例的相关干涉仪测向方法具体包括如下步骤：
步骤S1：按照预设频率采集测向天线中各测量振子所接收到的信号，并获取各测量振子的信号幅度和相对参考振子的相位差信息；
步骤S2：利用信号幅度对相位差信息进行加权处理，并与样本库对应的相位信息进行相关计算获得各角度所对应的相关系数；
步骤S3：根据各角度所对应的相关系数对信号来波方向进行计算以输出最终的测向结果。
本实施例在进行信号采集之前，需要预先设置好指定的频率和指定的宽带等参数，让相关干涉仪可按照预先设置的频率和宽带等参数接收信号；同时，相关干涉仪中的测向天线阵中的各测量振子可接收无线电信号。
各测量振子按照预设频率接收到无线电信号后可获取信号的幅度及相位。记所有振子的幅度组成的幅度矢量是
，所有振子和参考振子相位差组成的相位差矢量是
。
本实施例在获得测量振子的幅度矢量后，还需对幅度进行归一化处理；其归一化处理的方法为：
在幅度矢量E中搜索各测量振子测量信号幅度的最大幅度矢量值，记为Emax；
结合最大幅度矢量值分别对每个测量振子的幅度矢量进行归一化处理以获得每个测量振子所对应的归一化幅度矢量值，其归一化幅度矢量值的计算公式为：
；其中E为幅度矢量，Emax为最大幅度矢量值。
归一化运算所获得的幅度矢量用于在进行相关系数运算时为相位信息进行加权处理。而本实施例中用于相关系数的运算的相位信息除了采集所得的所有测量振子与参考振子之间的相位差矢量之外，还需从样本库中读取的预设频率所对应的样本数据的相位差矢量，在获取测量的相位差矢量和样本的相位差矢量后，再对测量的相位差矢量进行加权运算后与样本的相位差矢量进行相关运算，以获得对应的相关系数。
而本实施例中所述样本库的建立方法为：
在一个标准场地中控制测向天线按照预设的频率、方位及天线四周范围内预设的角度间隔依次发射信号，记录每个角度上各测量振子与参考振子之间的相位差矢量，并将所有相位差数据作为样本数据存储在样本库中。其中标准场地指的是无反射环境开阔场地，可减少环境中多余信号对本次样本测试造成干扰。本实施例进行样本数据采集过程中，在每个频率下，在天线四周360°范围内按照一定角度间隔发射信号，记录每个频率下每个角度间隔所对应的相位差矢量，并将在标准场地中记录的所有相位差矢量集合成样本数据存储在样本库中。
本实施例在获得按照预设频率测试所得的相位差矢量后，从样本库中读取本次测试频率所对应的样本数据，记为
，
为样本数据中第i个角度间隔上的相位差矢量，
；其后通过测试所得的相位差矢量和样本库中获得的相位差矢量进行相关系数运算，第i个角度间隔上的相关系数计算如下：
其中，n为天线振子的数量；
为第j个测量振子的归一化幅度矢量；
为样本库中第j个测量振子在第i个角度间隔上的相位差矢量；
为第j个测量振子与参考振子之间的相位差矢量。
本实施例中对测试所得的相位差矢量和样本库中获得的相位差矢量进行求差运算后，利用归一化幅度矢量对求差后的相位信息进行加权，从而降低弱信号对相关结果的影响，提升弱信号条件下的测向精度。
此外，本实施例中的相关系数的运算公式还可以用绝对值或平方和运算进行替换；用绝对值的相关系数计算公式如下：
用平方和的相关系数计算公式如下：
利用绝对值或平方和的方式进行相关系数运算，可对0°附近的角度进行特殊处理，例如0°和359°这两个角度相差1°，若仅是简单将两个相位差矢量进行求差会导致运算结果有误，因此，采用绝对值或平方和的方式需要对运算进行变更。而前述使用cos函数进行相关系数运算则可避免出现该问题。
本实施例计算获得相关系数后，需要进行角度计算，其测试角度的计算方法为：
1）预设样本库的采样间隔是φ，即样本矢量的对应的角度分别是0、
、
；
2）根据相关系数矢量搜索其峰值，获取相关系数矢量的峰值点所对应的矢量角度
和相关系数值
；
3）根据采样间隔找到与峰值点相邻的两个点，并获取与其峰值点相邻两个点的矢量角度及其对应的相关系数值；如图2所示，本实施例中将与峰值点相邻的两个点分别设为
和
，
则为
点的相关系数值，
则为
点的相关系数值；
4）根据峰值点及其相邻两个点的矢量角度、相关系数值，通过二项式曲线拟合方法计算获得最终的测向角度。
本实施例中按照以下二项式曲线拟合公式计算最终的测向结果
：
其中，
为峰值点所对应的矢量角度；
为峰值点所对应的相关系数值；
和
分别为与峰值点相邻的两个点，
为
点的相关系数值，
为
点的相关系数值。
本实施例主要针对测向算法进行改进，适用于单通道、双通道及多通道相关干涉仪系统。主要是在进行相关运算时，利用天线振子接收信号的幅度信息对相位差结果进行加权，保证相关运算的结果主要依赖于接收幅度较强的天线振子，降低接收信号幅度弱的天线振子对相关运算结果的影响，从而提升在弱信号条件下的测向精度。
实施例二
本实施例提供一种相关干涉仪测向系统，执行如实施例一所述的相关干涉仪测向方法，本实施例以角度间隔
，八个测向振子和一个中心参考振子组成测向天线阵为例对测向系统的各模块功能进行说明。
其测向系统主要包括如下模块：样本库模块、信号采集模块、幅度相位计算模块、相关系数计算模块和角度计算模块。
其中，本实施例的样本数据收集完毕后，后续测向时可直接使用，无需重复获取。样本库模块中的样本数据收集方法为：预先在标准场地（无反射环境开阔场地），对于每个工作频率，在天线四周360°范围，在所有的角度间隔上（0°、2°、4°……358°）发射信号，记录每个角度上所有振子的相位差矢量，所有的相位差数据构成样本数据并存储在样本库模块中。
样本库中对于某一工作频率的样本数据格式如下
，其中
是角度
角度上的8个天线振子的相位差矢量，如下：
所述信号采集模块用于按照预设频率采集测向天线中各测量振子所接收到的信号。
所述幅度相位计算模块用于计算各测量振子的接收信号幅度以及各测量振子和参考振子之间的相位差矢量；记所有振子的幅度组成的幅度矢量是
；记所有振子和参考振子相位差组成的相位差矢量
。
所述相关系数计算模块用于从样本库中读取预设频率所对应的样本数据，并利用信号幅度对相位差矢量进行加权处理，再结合样本数据进行相关计算获得各角度所对应的相关系数；具体为：
对幅度进行归一化运算，即在幅度矢量E中搜索各振子测量信号幅度的最大值，记为Emax；
计算归一化幅度矢量：
从样本库读取本次测试频率的样本数据，记为
。
所述角度计算模块用于根据各角度所对应的相关系数对信号来波方向进行计算以输出最终的测向结果。具体为：
根据相关系数矢量，搜索其峰值
，相邻两点为
和
，其中
；并对其进行二项式曲线拟合，计算出最终的测向结果：
实施例三
本实施例提供一种相关干涉仪设备，其包括处理器、存储器及存储于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实施例一中的相关干涉仪测向方法；另外，本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的相关干涉仪测向方法。
本实施例中的设备及存储介质与前述实施例中的方法是基于同一发明构思下的两个方面，在前面已经对方法实施过程作了详细的描述，所以本领域技术人员可根据前述描述清楚地了解本实施中的系统的结构及实施过程，为了说明书的简洁，在此就不再赘述。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种相关干涉仪测向方法，其特征在于，包括：
按照预设频率采集测向天线中各测量振子所接收到的信号，并获取各测量振子所对应的幅度和相位信息；
利用信号幅度对相位信息进行加权处理以获得各角度对应的相关系数；
获取相关系数矢量的峰值点所对应的矢量角度和相关系数值；
获知样本库的采样间隔，根据采样间隔对与峰值点相邻的两个点进行标记，并获取与其峰值点相邻两个标记点的矢量角度及其对应的相关系数值；
根据峰值点及其相邻两个点的矢量角度、相关系数值，通过二项式曲线拟合方法计算获得最终的测向角度。
2.根据权利要求1所述的相关干涉仪测向方法，其特征在于，获取各测量振子的相位信息包括采集所得的所有测量振子与参考振子之间的相位差矢量，和从样本库中读取的预设频率所对应的样本数据的相位差矢量。
3.根据权利要求2所述的相关干涉仪测向方法，其特征在于，所述样本库的建立方法为：
控制测向天线按照预设的频率、方位及天线四周范围内预设的角度间隔依次发射信号，记录每个角度上各测量振子与参考振子之间的相位差矢量，并将所有相位差数据作为样本数据存储在样本库中。
4.根据权利要求2所述的相关干涉仪测向方法，其特征在于，利用信号幅度对相位信息进行加权处理之前，还包括：
对各测量振子的信号幅度进行矢量搜索以获得最大幅度值；
结合最大幅度值分别对每个测量振子的幅度矢量进行归一化处理以获得每个测量振子所对应的归一化幅度矢量值。
5.根据权利要求4所述的相关干涉仪测向方法，其特征在于，计算相关系数的公式为：
其中，n为天线振子的数量；
为第j个测量振子的归一化幅度矢量；
为样本库中第j个测量振子在第i个角度间隔上的相位差矢量；
为第j个测量振子与参考振子之间的相位差矢量。
6.根据权利要求1所述的相关干涉仪测向方法，其特征在于，所述二项式曲线拟合方法对应的公式为：
其中，
为最终的测向结果；
为峰值点所对应的矢量角度；
为峰值点所对应的相关系数值；
和
分别为与峰值点相邻的两个点，
为
点的相关系数值，
为
点的相关系数值。
7.一种相关干涉仪测向系统，其特征在于，执行如权利要求1~6任意一项所述的相关干涉仪测向方法，包括：
信号采集模块，用于按照预设频率采集测向天线中各测量振子所接收到的信号；
幅度相位计算模块，用于计算各测量振子的接收信号幅度，以及各测量振子和参考振子之间的相位差；
相关系数计算模块，用于从样本库中读取预设频率所对应的样本数据，利用信号幅度对相位差矢量进行加权处理后结合样本数据进行相关计算获得各角度所对应的相关系数；
角度计算模块，用于根据各角度所对应的相关系数对信号来波方向进行计算以输出最终的测向结果。
8.一种相关干涉仪设备，其特征在于，其包括处理器、存储器及存储于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权利要求1~6任一所述的相关干涉仪测向方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现权利要求1~6任一所述的相关干涉仪测向方法。
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| CN113567916B (zh) | 2022-01-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 510000 501, No. 265, Gaotang Road, Tianhe District, Guangzhou City, Guangdong Province (office only) (not for plant use) Patentee after: GUANGZHOU CHENCHUANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Address before: 510000 0601, building 07, 235 Gaotang Road, Tianhe District, Guangzhou City, Guangdong Province Patentee before: GUANGZHOU CHENCHUANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A direction finding method, system, equipment and storage medium of correlation interferometer Effective date of registration: 20220704 Granted publication date: 20220125 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Guangzhou Tianhe subbranch Pledgor: GUANGZHOU CHENCHUANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2022980009779 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231128 Granted publication date: 20220125 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Guangzhou Tianhe subbranch Pledgor: GUANGZHOU CHENCHUANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2022980009779 |