CN117031392A - 一种用于双通道接收机测向的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于双通道接收机测向的方法及系统，属于信号测向技术领域。本发明方法，包括：将所述双通道接收机的测向天线阵列阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道和第二通道；分时测量获取将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号时，所述测向天线阵列阵元经下变频后的IQ数据；得到与所述相位差矢量相关的相关系数的最大值，在所述样本库中查找出与所述相关系数最大值所对应的入射角度，将所述入射角度作为测向结果。本发明测向的方法简单易行，且测量的相位差矢量精度高，因此得到的测向结果更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及信号测向技术领域，并且更具体地，涉及一种用于双通道接收机测向的方法及系统。
背景技术
在相关干涉仪测向系统中，因不同阵元所在的位置不一样，当远场信号入射到该阵列时，天线阵列中的不同天线阵元接收到的入射信号将具有不同的相位，在实际测量中，这个相位是以复数电压的形式出现的。相关干涉仪提取天线阵元间的复数电压（相位差）的典型方法是接收通道对射频通道输出的信号进行高速采样及下变频，然后在后续的测向处理中利用FFT运算提取参考天线和指定天线之间信号的相位差。双接收通道的相关干涉仪测向的基本原理如图1所示。
其中，天线阵列用于接收入射的空中信号，当目标信号为短波/超短波频段的通信信号时，天线阵列通常为5/7/9阵元的均匀圆阵。系统通过控制射频开关矩阵将多个阵元天线的接收信号分时两两一组输入到两个射频接收通道内，再对信号进行采样下变频处理后送入测向处理模块，通过相应的运算提取出第一通道和第二通道信号的相位差。继续控制射频开关切换，将两个接收通道连接到其他两两组合的天线阵元上，并重复上述的相位差提取处理，把这些不同天线阵元组成的相位差信息形成一个相位差矢量。最终，按照某种相关比较规则，将这个相位差矢量与样本库中所对应的相位差矢量进行比较运算，在样本库中找出与这个实际测量的相位差矢量最接近的一组样本相位差矢量，再根据样本库信息，可以找到与之相对应的入射角度值，实现对入射信号的测向。
现有的双通道接收机测向方案的系统组成如图2所示，射频开关矩阵用于选择输入双通道接收机的射频信号。图中的射频开关矩阵对应五阵元均匀圆阵的天线阵列，包含一个单极双掷和一个单极五掷的射频开关。接收机的第一通道和第二通道各与一个射频开关相连接，在控制电路的控制下，单极双掷开关可选择将阵元1或校正源连接至接收通道1，单极五掷开关可选择将阵元2~5中的一个阵元或校正源连接至接收通道2。
设阵元i数据相对于阵元j数据的真实相位差为，阵元i和阵元j数据在接收机的第一通道和第二通道末级测量计算得到的相位差为/>，两个接收通道间由于不一致性等原因导致的相位误差为/>，则有：
现有的双通道接收机测向方案通常通过外接校正源的方式来对通道误差进行校正。两个接收通道都连接外置校正源输入校正信号时，在接收机的第一通道和第二通道末级测量计算可以得到相位误差。
根据射频开关矩阵切换的方式，分时测量计算得到的、/>、/>、/>和/>，即可如下计算的真实相位差矢量/>，5个阵元的数据两两组合，长度为/>。
计算得到10组相位差后，即可进行后续建立样本库和相关测向处理。
现有的双通道干涉仪测向方案能够通过射频开关矩阵分时切换，完成对多阵元接收数据的测向处理工作，但上述方案必须通过校正信号来周期性地对两个接收通道的误差进行校正，才能够保证测向准确度，属于有源校正的测向方法。有源校正的缺点主要有以下两点：
外接校正源增加了测向系统的复杂度，且难以满足便携式、小型化设备的应用需求；
若对通道间相位误差测量不准确，则可能对真实相位差的测量和计算引入额外误差。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于双通道接收机测向的方法，包括：
针对双通道接收机，通过所述双通道接收机射频开关矩阵中开关以预设切换周期的切换，连接所述双通道接收机的测向天线阵列阵元，将所述双通道接收机的测向天线阵列阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道和第二通道；
在所述第一通道和所述第二通道接收到射频信号后，将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号，通过所述第一通道和第二通道，分时测量获取将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号时，所述测向天线阵列阵元经下变频后的IQ数据；
根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的5组相位差，并基于所述5组相位差，计算得到第一通道和第二通道的另5组相位差，计算出至少所述5组相位差和另5组相位差的相位差矢量，将所述相位差矢量与样本库存储的与所述相位差矢量所对应的样本相位差矢量进行比较运算，得到与所述相位差矢量相关的相关系数的最大值，在所述样本库中查找出与所述相关系数最大值所对应的入射角度，将所述入射角度作为测向结果。
可选的，射频开关矩阵中的开关，包括：单极四掷开关和双极双掷开关；
通过切换单极四掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道；
通过切换双极双掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中的第一阵元和第二阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道，或将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道。
可选的，根据所述IQ数据，根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的1组相位差，包括：针对IQ数据作N点的FFT运算，得到针对所述IQ数据的FFT运算结果，针对所述FFT运算结果作互相关运算，得到针对FFT运算结果的互相关运算结果，针对所述FFT运算结果作反正切运算，得到反正切运算结果，所述反正切运算结果即为提取出的第一通道和第二通道的相位差。
可选的，预设切换周期的每第五个切换周期，射频开关矩阵的双极双掷开关链接测向天线阵列阵元的第二阵元，射频开关矩阵的单极四掷开关链接测向天线矩阵的第四阵元。
可选的，5组相位差分别为：第二阵元与第一阵元的相位差、第三阵元与第一阵元的相位差、第四阵元与第一阵元的相位差、第五阵元与第一阵元的相位差和第四阵元与第二阵元的相位差。
再一方面，本发明还提出了一种用于双通道接收机测向的系统，包括：
信号输入单元，用于将所述双通道接收机的测向天线阵列阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道和第二通道；
所述双通道接收机，通过所述双通道接收机射频开关矩阵中开关以预设切换周期的切换，连接所述双通道接收机的测向天线阵列阵元；
数据获取单元，用于在所述第一通道和所述第二通道接收到射频信号后，将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号，通过所述第一通道和第二通道，分时测量获取将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号时，所述测向天线阵列阵元经下变频后的IQ数据；
输出单元，用于根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的5组相位差，并基于所述5组相位差，计算得到第一通道和第二通道的另5组相位差，计算出至少所述5组相位差和另5组相位差的相位差矢量，将所述相位差矢量与样本库存储的与所述相位差矢量所对应的样本相位差矢量进行比较运算，得到与所述相位差矢量相关的相关系数的最大值，在所述样本库中查找出与所述相关系数最大值所对应的入射角度，将所述入射角度作为测向结果。
可选的，射频开关矩阵中的开关，包括：单极四掷开关和双极双掷开关；
通过切换单极四掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道；
通过切换双极双掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中的第一阵元和第二阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道，或将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道。
可选的，根据所述IQ数据，根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的1组相位差，包括：针对IQ数据作N点的FFT运算，得到针对所述IQ数据的FFT运算结果，针对所述FFT运算结果作互相关运算，得到针对FFT运算结果的互相关运算结果，针对所述FFT运算结果作反正切运算，得到反正切运算结果，所述反正切运算结果即为提取出的第一通道和第二通道的相位差。
可选的，预设切换周期的每第五个切换周期，射频开关矩阵的双极双掷开关链接测向天线阵列阵元的第二阵元，射频开关矩阵的单极四掷开关链接测向天线矩阵的第四阵元。
可选的，5组相位差分别为：第二阵元与第一阵元的相位差、第三阵元与第一阵元的相位差、第四阵元与第一阵元的相位差、第五阵元与第一阵元的相位差和第四阵元与第二阵元的相位差。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种用于双通道接收机测向的方法，包括：针对双通道接收机，通过所述双通道接收机射频开关矩阵中开关以预设切换周期的切换，连接所述双通道接收机的测向天线阵列阵元，将所述双通道接收机的测向天线阵列阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道和第二通道；在所述第一通道和所述第二通道接收到射频信号后，将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号，通过所述第一通道和第二通道，分时测量获取将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号时，所述测向天线阵列阵元经下变频后的IQ数据；根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的5组相位差，并基于所述5组相位差，计算得到第一通道和第二通道的另5组相位差，计算出至少所述5组相位差和另5组相位差的相位差矢量，将所述相位差矢量与样本库存储的与所述相位差矢量所对应的样本相位差矢量进行比较运算，得到与所述相位差矢量相关的相关系数的最大值，在所述样本库中查找出与所述相关系数最大值所对应的入射角度，将所述入射角度作为测向结果。本发明提出的方法，通过切换射频开关矩阵的开关，得到IQ数据，进而根据IQ数据能够测算出相位差矢量，在根据相位差矢量得到测向结果，本发明测向方法简单易行，且测量的相位差矢量精度高，因此得到的测向结果更加精确。
附图说明
图1为本发明背景技术中双通道接收机测向基本原理示意图；
图2为本发明背景技术中现有双通道方案接收方案原理示意图；
图3为本发明方法实施例1的方法流程图；
图4为本发明方法实施例2的方法流程图；
图5为本发明方法实施例2双通道接收方案原理示意图；
图6为本发明方法实施例2射频开关切换示意图；
图7为本发明方法实施例2五阵元均匀圆阵相位差示意图；
图8为本发明方法实施例2相关曲线系数曲线的效果图；
图9a为本发明方法实施例2接收通道无相位误差时的测量精度对比图；
图9b为本发明方法实施例2接收通道存在相位误差时的测量精度对比图；
图10为本发明系统实施例3的系统结构图；
图11为本发明系统实施例4的系统结构图；
其中，1、2、3、4和5分别为第一阵元、第二阵元、第三阵元、第四阵元和第五阵元。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
实施例1：
本发明提出了一种用于双通道接收机测向的方法s100，如图1所示，包括：
步骤s101、针对双通道接收机，通过所述双通道接收机射频开关矩阵中开关以预设切换周期的切换，连接所述双通道接收机的测向天线阵列阵元，将所述双通道接收机的测向天线阵列阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道和第二通道；
步骤s102、在所述第一通道和所述第二通道接收到射频信号后，将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号，通过所述第一通道和第二通道，分时测量获取将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号时，所述测向天线阵列阵元经下变频后的IQ数据；
步骤s103、根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的5组相位差，并基于所述5组相位差，计算得到第一通道和第二通道的另5组相位差，计算出至少所述5组相位差和另5组相位差的相位差矢量，将所述相位差矢量与样本库存储的与所述相位差矢量所对应的样本相位差矢量进行比较运算，得到与所述相位差矢量相关的相关系数的最大值，在所述样本库中查找出与所述相关系数最大值所对应的入射角度，将所述入射角度作为测向结果。
其中，射频开关矩阵中的开关，包括：单极四掷开关和双极双掷开关；
通过切换单极四掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道；
通过切换双极双掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中的第一阵元和第二阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道，或将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道。
其中，根据所述IQ数据，根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的1组相位差，包括：针对IQ数据作N点的FFT运算，得到针对所述IQ数据的FFT运算结果，针对所述FFT运算结果作互相关运算，得到针对FFT运算结果的互相关运算结果，针对所述FFT运算结果作反正切运算，得到反正切运算结果，所述反正切运算结果即为提取出的第一通道和第二通道的相位差。
其中，预设切换周期的每第五个切换周期，射频开关矩阵的双极双掷开关链接测向天线阵列阵元的第二阵元，射频开关矩阵的单极四掷开关链接测向天线矩阵的第四阵元。
其中，5组相位差分别为：第二阵元与第一阵元的相位差、第三阵元与第一阵元的相位差、第四阵元与第一阵元的相位差、第五阵元与第一阵元的相位差和第四阵元与第二阵元的相位差。
实施例2：
本发明提出了一种用于双通道接收机测向的方法s200，如图4所示，包括：
步骤s201、针对双通道接收机，通过所述双通道接收机射频开关矩阵中开关以预设切换周期的切换，连接所述双通道接收机的测向天线阵列阵元，将所述双通道接收机的测向天线阵列阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道和第二通道；
步骤s202、在所述第一通道和所述第二通道接收到射频信号后，将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号，通过所述第一通道和第二通道，分时测量获取将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号时，所述测向天线阵列阵元经下变频后的IQ数据；
步骤s203、根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的5组相位差，并基于所述5组相位差，计算得到第一通道和第二通道的另5组相位差，计算出至少所述5组相位差和另5组相位差的相位差矢量，将所述相位差矢量与样本库存储的与所述相位差矢量所对应的样本相位差矢量进行比较运算，得到与所述相位差矢量相关的相关系数的最大值，在所述样本库中查找出与所述相关系数最大值所对应的入射角度，将所述入射角度作为测向结果。
其中，本发明中相对于现有技术，更换了射频开关矩阵的开关设计，将射频开关矩阵中的开关，更换为了单极四掷开关和双极双掷开关，如图5所示；
双通道接收机的两个通道（第一通道（即图5中的通道1）和第二通道（即图5中的通道2））各与一个射频开关相连接（通道1连接双极双掷开关和通道2连接单极四掷开关），在控制电路的控制下，双极双掷开关可选择将阵元1（即第一阵元）或阵元2（第二阵元）连接至接收通道1，单极四掷开关可选择将阵元2~5（第二阵元至第五阵元）中的一个阵元连接至接收通道2。
因此，根据射频开关矩阵切换的方式，除了可以分时测量计算得到、/>、/>、（二一阵元的相位差、三一阵元的相位差、四一阵元的相位差、五一阵元的相位差）以外，还可以额外切换测量计算得到一组相位差/>（四二阵元的相位差）。设两个射频开关同步切换周期为T，分时开关切换测量相位差如下表1所示。
表1
其中，每次第5个切换周期的射频开关矩阵连接状态如图6所示。
若是设和/>分别为两个通道接收的阵元i和阵元j经下变频后的IQ数据，分别对/>和/>作N点的FFT运算得到/>、/>，并对其做互相关得到
，对/>取相位即可计算得到相位差/>：
根据上式及表1中射频开关矩阵切换的方式，分时测量计算得到五组相位差、、/>、/>和/>，如图7所示。
其中，图6中实线代表由接收数据实际测量得到的5组相位差，虚线代表由这5组实际测量的相位差经计算得到的另5组相位差，五个阵元的数据两两组合，单次测向的总相位差组数，也即相位差矢量的长度为。由测量计算得到的/>、/>、/>、/>和/>，即可如下计算的真实相位差矢量/>。
设为样本库中的相位差矢量，其中/>代表入射信号的角度（一维测向时为方位角，二维测向时为方位角和俯仰角），将计算得到的相位差矢量/>与/>作相关比较运算，令相关系数/>取得最大值的/>即为测向结果。
本发明通过对射频开关矩阵和相位差的提取方法进行改进，免去了通过校正信号对两通道间相位误差的计算，也就无需外接校正源，从而减小了整个测向系统的硬件复杂度。同时，规避了由于相位误差/>测量不准确导致引入额外误差的问题，使测向结果更加准确可靠。
下面通过仿真实验验证本发明测向方案的有效性。
仿真条件：测向工作频段为30M~3GHz，5阵元均匀圆阵半径为0.7m。入射信号载波频率为104MHz，入射方位角为167°，采用方位角离散间隔为1°的理想样本库，本发明方法计算得到的相关系数曲线如图8所示。
由图8可以看出，相关系数曲线的谱峰明显，位置为168°，能够对入射信号进行有效测向。
仿真条件：测向工作频段为30M~3GHz，5阵元均匀圆阵半径为0.7m。入射信号载波频率为104MHz，入射方位角在0°~360°范围内以1°为步进变化，采用方位角离散间隔为1°的理想样本库，本发明中自校正的测向方法和现有的外接校正源的测向方法的测向精度，以方位角的均方根误差表示，如图9a和9b所示，为模拟上述相位误差测量不准确的情况，图9a为两个接收通道无相位误差，即通过外接校正源成功校正时的测向精度；图9b为引入方差为5°、期望为0的相位误差时的测向精度。
由可以看出，两个接收通道无相位误差时，两种方法的测向精度基本相同，且都随信噪比的增加而增加。当通过校正源测量的相位误差不准确时，现有的外接校正源的测向方法的测向精度有较明显下降，而本发明中的自校正测向方法的测向精度则未受影响。
本发明在阵元数为5的均匀圆阵下对自校正的双通道接收机测向方法说明，同理，本发明还可以应用于其他阵元数的均匀圆阵天线阵列。例如，对于阵元数为7的均匀圆阵，将射频开关矩阵中的单极四掷开关更改为单极六掷开关，并根据如下表2进行开关切换及相位差计算，同样可以在双接收通道下实现无需外接校正源的测向效果。
表2
7阵元下相位差矢量的长度为
，计算公式如下。
实施例3：
本发明还提出了一种用于双通道接收机测向的系统300，如图10所示，包括：
信号输入单元301，用于将所述双通道接收机的测向天线阵列阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道和第二通道；
所述双通道接收机，通过所述双通道接收机射频开关矩阵中开关以预设切换周期的切换，连接所述双通道接收机的测向天线阵列阵元；
数据获取单元302，用于在所述第一通道和所述第二通道接收到射频信号后，将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号，通过所述第一通道和第二通道，分时测量获取将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号时，所述测向天线阵列阵元经下变频后的IQ数据；
输出单元303，用于根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的5组相位差，并基于所述5组相位差，计算得到第一通道和第二通道的另5组相位差，计算出至少所述5组相位差和另5组相位差的相位差矢量，将所述相位差矢量与样本库存储的与所述相位差矢量所对应的样本相位差矢量进行比较运算，得到与所述相位差矢量相关的相关系数的最大值，在所述样本库中查找出与所述相关系数最大值所对应的入射角度，将所述入射角度作为测向结果。
其中，射频开关矩阵中的开关，包括：单极四掷开关和双极双掷开关；
通过切换单极四掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道；
通过切换双极双掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中的第一阵元和第二阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道，或将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道。
其中，根据所述IQ数据，根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的1组相位差，包括：针对IQ数据作N点的FFT运算，得到针对所述IQ数据的FFT运算结果，针对所述FFT运算结果作互相关运算，得到针对FFT运算结果的互相关运算结果，针对所述FFT运算结果作反正切运算，得到反正切运算结果，所述反正切运算结果即为提取出的第一通道和第二通道的相位差。
其中，预设切换周期的每第五个切换周期，射频开关矩阵的双极双掷开关链接测向天线阵列阵元的第二阵元，射频开关矩阵的单极四掷开关链接测向天线矩阵的第四阵元。
其中，5组相位差分别为：第二阵元与第一阵元的相位差、第三阵元与第一阵元的相位差、第四阵元与第一阵元的相位差、第五阵元与第一阵元的相位差和第四阵元与第二阵元的相位差。
实施例4：
本发明还提出了一种用于双通道接收机测向的系统400，如图11所示，包括：
信号输入单元401，用于将所述双通道接收机的测向天线阵列阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道和第二通道；
所述双通道接收机，通过所述双通道接收机射频开关矩阵中开关以预设切换周期的切换，连接所述双通道接收机的测向天线阵列阵元；
数据获取单元402，用于在所述第一通道和所述第二通道接收到射频信号后，将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号，通过所述第一通道和第二通道，分时测量获取将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号时，所述测向天线阵列阵元经下变频后的IQ数据；
输出单元403，用于根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的5组相位差，并基于所述5组相位差，计算得到第一通道和第二通道的另5组相位差，计算出至少所述5组相位差和另5组相位差的相位差矢量，将所述相位差矢量与样本库存储的与所述相位差矢量所对应的样本相位差矢量进行比较运算，得到与所述相位差矢量相关的相关系数的最大值，在所述样本库中查找出与所述相关系数最大值所对应的入射角度，将所述入射角度作为测向结果。
其中，本发明中相对于现有技术，更换了射频开关矩阵的开关设计，将射频开关矩阵中的开关，更换为了单极四掷开关和双极双掷开关；
双通道接收机的两个通道（第一通道和第二通道）各与一个射频开关相连接（通道1连接双极双掷开关和通道2连接单极四掷开关），在控制电路的控制下，双极双掷开关可选择将阵元1（即第一阵元）或阵元2（第二阵元）连接至接收通道1，单极四掷开关可选择将阵元2~5（第二阵元至第五阵元）中的一个阵元连接至接收通道2。
因此，根据射频开关矩阵切换的方式，除了可以分时测量计算得到、/>、/>、（二一阵元的相位差、三一阵元的相位差、四一阵元的相位差、五一阵元的相位差）以外，还可以额外切换测量计算得到一组相位差/>（四二阵元的相位差）。设两个射频开关同步切换周期为T，分时开关切换测量相位差如下表1所示。
表1
若是设和/>分别为两个通道接收的阵元i和阵元j经下变频后的IQ数据，分别对/>和/>作N点的FFT运算得到/>、/>，并对其做互相关得到
，对/>取相位即可计算得到相位差/>：
根据上式及表1中射频开关矩阵切换的方式，分时测量计算得到五组相位差、、/>、/>和/>。
五个阵元的数据两两组合，单次测向的总相位差组数，也即相位差矢量的长度为。由测量计算得到的/>、/>、/>、/>和/>，即可如下计算的真实相位差矢量/>。
设为样本库中的相位差矢量，其中/>代表入射信号的角度（一维测向时为方位角，二维测向时为方位角和俯仰角），将计算得到的相位差矢量/>与/>作相关比较运算，令相关系数/>取得最大值的/>即为测向结果。
本发明通过对射频开关矩阵和相位差的提取方法进行改进，免去了通过校正信号对两通道间相位误差的计算，也就无需外接校正源，从而减小了整个测向系统的硬件复杂度。同时，规避了由于相位误差/>测量不准确导致引入额外误差的问题，使测向结果更加准确可靠。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于双通道接收机测向的方法，其特征在于，所述方法包括：
针对双通道接收机，通过所述双通道接收机射频开关矩阵中开关以预设切换周期的切换，连接所述双通道接收机的测向天线阵列阵元，将所述双通道接收机的测向天线阵列阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道和第二通道；
在所述第一通道和所述第二通道接收到射频信号后，将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号，通过所述第一通道和第二通道，分时测量获取将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号时，所述测向天线阵列阵元经下变频后的IQ数据；
根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的5组相位差，并基于所述5组相位差，计算得到第一通道和第二通道的另5组相位差，计算出至少所述5组相位差和另5组相位差的相位差矢量，将所述相位差矢量与样本库存储的与所述相位差矢量所对应的样本相位差矢量进行比较运算，得到与所述相位差矢量相关的相关系数的最大值，在所述样本库中查找出与所述相关系数最大值所对应的入射角度，将所述入射角度作为测向结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射频开关矩阵中的开关，包括：单极四掷开关和双极双掷开关；
通过切换单极四掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道；
通过切换双极双掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中的第一阵元和第二阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道，或将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的1组相位差，包括：针对IQ数据作N点的FFT运算，得到针对所述IQ数据的FFT运算结果，针对所述FFT运算结果作互相关运算，得到针对FFT运算结果的互相关运算结果，针对所述FFT运算结果作反正切运算，得到反正切运算结果，所述反正切运算结果即为提取出的第一通道和第二通道的相位差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设切换周期的每第五个切换周期，射频开关矩阵的双极双掷开关链接测向天线阵列阵元的第二阵元，射频开关矩阵的单极四掷开关链接测向天线矩阵的第四阵元。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述5组相位差分别为：第二阵元与第一阵元的相位差、第三阵元与第一阵元的相位差、第四阵元与第一阵元的相位差、第五阵元与第一阵元的相位差和第四阵元与第二阵元的相位差。
6.一种用于双通道接收机测向的系统，其特征在于，所述系统包括：
信号输入单元，用于将所述双通道接收机的测向天线阵列阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道和第二通道；
所述双通道接收机，通过所述双通道接收机射频开关矩阵中开关以预设切换周期的切换，连接所述双通道接收机的测向天线阵列阵元；
数据获取单元，用于在所述第一通道和所述第二通道接收到射频信号后，将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号，通过所述第一通道和第二通道，分时测量获取将所述测向天线阵列阵元的射频信号变至中频信号时，所述测向天线阵列阵元经下变频后的IQ数据；
输出单元，用于根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的5组相位差，并基于所述5组相位差，计算得到第一通道和第二通道的另5组相位差，计算出至少所述5组相位差和另5组相位差的相位差矢量，将所述相位差矢量与样本库存储的与所述相位差矢量所对应的样本相位差矢量进行比较运算，得到与所述相位差矢量相关的相关系数的最大值，在所述样本库中查找出与所述相关系数最大值所对应的入射角度，将所述入射角度作为测向结果。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述射频开关矩阵中的开关，包括：单极四掷开关和双极双掷开关；
通过切换单极四掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第二阵元、第三阵元、第四阵元或第五阵元中任意一个阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道；
通过切换双极双掷开关，连接双通道接收机的测向天线阵列阵元中的第一阵元和第二阵元，将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第一通道，或将所述测向天线阵列阵元的射频信号中第一阵元或第二阵元的射频信号输入至所述双通道接收机的第二通道。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述根据所述IQ数据，提取出第一通道和第二通道的1组相位差，包括：针对IQ数据作N点的FFT运算，得到针对所述IQ数据的FFT运算结果，针对所述FFT运算结果作互相关运算，得到针对FFT运算结果的互相关运算结果，针对所述FFT运算结果作反正切运算，得到反正切运算结果，所述反正切运算结果即为提取出的第一通道和第二通道的相位差。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预设切换周期的每第五个切换周期，射频开关矩阵的双极双掷开关链接测向天线阵列阵元的第二阵元，射频开关矩阵的单极四掷开关链接测向天线矩阵的第四阵元。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述5组相位差分别为：第二阵元与第一阵元的相位差、第三阵元与第一阵元的相位差、第四阵元与第一阵元的相位差、第五阵元与第一阵元的相位差和第四阵元与第二阵元的相位差。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109959892A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-02 | 中国电子科技集团公司第三十六研究所 | 一种均匀圆阵双通道干涉仪测向方法、装置和系统 |
| CN210323343U (zh) * | 2019-07-08 | 2020-04-14 | 成都爱科特科技发展有限公司 | 一种超短波双通道宽带测向系统 |
| CN111060866A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-04-24 | 南京万自联电子科技有限公司 | 一种双通道无线通信测向系统及其测向方法 |
| RU2739486C1 (ru) * | 2020-04-09 | 2020-12-24 | Владимир Иванович Милкин | Способ пеленгования источника радиосигнала |
| CN112649785A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-13 | 海华电子企业(中国)有限公司 | 一种利用相参累积技术对低信噪比信号进行测向的方法 |
| WO2021240518A1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | Elbit Systems Ew And Sigint- Elisra Ltd. | Radio direction-finding system and methods |
| CN115951300A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-04-11 | 广州辰创科技发展有限公司 | 一种测向系统的自检方法和一种测向系统 |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109959892A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-02 | 中国电子科技集团公司第三十六研究所 | 一种均匀圆阵双通道干涉仪测向方法、装置和系统 |
| CN210323343U (zh) * | 2019-07-08 | 2020-04-14 | 成都爱科特科技发展有限公司 | 一种超短波双通道宽带测向系统 |
| CN111060866A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-04-24 | 南京万自联电子科技有限公司 | 一种双通道无线通信测向系统及其测向方法 |
| RU2739486C1 (ru) * | 2020-04-09 | 2020-12-24 | Владимир Иванович Милкин | Способ пеленгования источника радиосигнала |
| WO2021240518A1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | Elbit Systems Ew And Sigint- Elisra Ltd. | Radio direction-finding system and methods |
| CN112649785A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-13 | 海华电子企业(中国)有限公司 | 一种利用相参累积技术对低信噪比信号进行测向的方法 |
| CN115951300A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-04-11 | 广州辰创科技发展有限公司 | 一种测向系统的自检方法和一种测向系统 |
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