專利名稱：利用同步天線陣來實(shí)時定位有源待測物的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用同步天線陣來實(shí)時定位有源待測物的方法，其中具體涉及根據(jù)由有源待測物實(shí)時發(fā)出的同一個實(shí)時位置信號在各天線陣元之間的實(shí)時相位差來得出待測物的實(shí)時位置。該方法通過建立功能模塊構(gòu)架，由計(jì)算機(jī)程序指令控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有同步天線陣來實(shí)時定位有源待測物的技術(shù)。各天線陣元接收由待測物實(shí)時發(fā)出的同一個實(shí)時位置信號，計(jì)算出此實(shí)時位置信號在各天線陣元的相對相位，從而得到此實(shí)時位置信號在各天線陣元之間的實(shí)時相位差，然后根據(jù)實(shí)時相位差實(shí)時計(jì)算待測物的實(shí)時位置，可參見中國專利文獻(xiàn)CN102419429A?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是根據(jù)實(shí)時相位差實(shí)時計(jì)算待測物的實(shí)時位置計(jì)算量大，消耗系統(tǒng)資源多，計(jì)算速度慢，不滿足實(shí)時定位的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以較小的運(yùn)算量對有源待測物進(jìn)行較準(zhǔn)確的實(shí)時定位。為此，在實(shí)時定位有源待測物之前，先就不同的理論位置預(yù)先算好理論相位差，每個理論相位差具體為待測物在每個理論位置所發(fā)出的同一個理論位置信號在各天線陣元之間的相位差。預(yù)存這些理論相位差。然后在需實(shí)時定位時實(shí)施本發(fā)明利用同步天線陣來實(shí)時定位有源待測物的方法，輸入由各天線陣元各自實(shí)時接收的由待測物實(shí)時發(fā)出的同一個實(shí)時位置信號，計(jì)算出此實(shí)時位置信號在各天線陣元的相對相位，從而得到此實(shí)時位置信號在各天線陣元之間的實(shí)時相位差，其特征是，取出預(yù)存的分別代表不同理論位置的多個理論相位差，每個理論相位差具體為待測物在每個理論位置所發(fā)出的同一個理論位置信號在各天線陣元之間的相位差，確定其中最接近所述實(shí)時相位差的理論相位差，就以此最接近的理論相位差所代表的理論位置作為待測物的實(shí)時位置。本發(fā)明利用了已預(yù)先計(jì)算好的理論相位差，只需經(jīng)過一定次數(shù)的迭代運(yùn)算，所以無需進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算就實(shí)現(xiàn)了對待測物的較準(zhǔn)確的實(shí)時定位。迭代次數(shù)由定位精度需求來決定，在滿足精度情況下取其中最接近的理論相位差所代表的理論位置即可。本發(fā)明在在進(jìn)行ー維定位時，具體這樣來確定其中最接近所述實(shí)時相位差的理論相位差按照所代表的理論位置在沿維度方向上的排列順序?qū)⒍鄠€理論相位差排成序列，然后重復(fù)執(zhí)行迭代步驟——比較實(shí)時相位差離序列哪ー端的理論相位差更接近，把從離實(shí)時相位差較遠(yuǎn)的那一端開始的k個理論相位差從序列中去除，k為正整數(shù)且不大于序列當(dāng)前含有的理論相位差個數(shù)的一半——直至序列中只剩下ー個理論相位差，該理論相位差即為最接近所述實(shí)時相位差的理論相位差。通過此迭代步驟，把較遠(yuǎn)的理論相位差逐步去除，剩下的就是較接近的理論相位差，最終得到最接近的理論相位差，操作簡單，適合計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行。k取值越大則在每次迭代步驟中被去除的較遠(yuǎn)的理論相位差的數(shù)量越多，所需迭代的次數(shù)就越少，越快得出結(jié)果，但k不宣超過理論相位差個數(shù)的一半，否則容易把本來較接近的位于當(dāng)前序列中間的理論相位差不適當(dāng)?shù)厝コ?，?dǎo)致最終得出的結(jié)果并不是最接近實(shí)時相位差的，因此，優(yōu)選為k在所允許的取值范圍內(nèi)取最大值，在保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下達(dá)到最快的計(jì)算效率。實(shí)時相位差和理論相位差之間的遠(yuǎn)近，其衡量標(biāo)準(zhǔn)最直接地，可以是實(shí)時相位差和理論相位差這兩者的差值越小則這兩者越接近。如果天線陣元有至少三個，使得同一個位置信號在各天線陣元之間的相位差有至少兩個，則所述的兩者的差值取所述兩者的各對應(yīng)相位差的差值的算木平均，所述的兩者的差值可以最簡單地取所述兩者的各對應(yīng)相位差的差值的算木平均。本發(fā)明更進(jìn)ー步地，進(jìn)行ニ維定位，對其中每ー維的定位均采用所述的ー維定位來實(shí)現(xiàn)。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例天線陣元和理論位置排列示意圖。圖2是ニ維定位示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1，同步天線陣有八個天線陣元1、2、3、4、5、6、7、8，在地面上沿ー維方向按順序排列有九個理論位置A、B、C、D、E、F、G、H、I。在實(shí)時定位有源待測物之前，先就不同的理論位置算好理論相位差，每個理論相位差具體為待測物在每個理論位置所發(fā)出的同一個理論位置信號在各天線陣元之間的相位差。以待測物在理論位置A為例，待測物所發(fā)出的同一個位置信號被各天線陣元接收。因 為從理論位置A至各天線陣元的距離存在微小的差別，所以同一個位置信號被各天線陣元接收時相位并不相同，因而同一位置信號在各天線陣元之間存在相位差，此乃公知技術(shù)，下文類似情況將不再贅述。在本實(shí)施例中，根據(jù)定位的距離及角度進(jìn)行計(jì)算得到待測物在理論位置A發(fā)出的同一個位置信號在天線陣元1、2之間的相位差為8，在天線陣元1、3之間的相位差為16，在天線陣元I、4之間的相位差為24，在天線陣元I、5之間的相位差為32，在天線陣元1、6之間的相位差為40，在天線陣元1、7之間的相位差為48，在天線陣元1、8之間的相位差為56，本例舉例數(shù)值是待測物在某個較遠(yuǎn)處的理論值，則其理論相位差表示為
A :[8，16，24，32，40，48，56](在其它實(shí)施例中，也可以取同一個位置信號在天線陣元
1、2之間，2、3之間，3、4之間，4、5之間，5、6之間，6、7之間，7、8之間的相位差)。相對應(yīng)地，待測物在其它理論位置發(fā)出的同一個位置信號在各天線陣元之間的相位差表示為
B :[6，12，18，24，30，36,42],
C [4, 8, 12，16，20，24，28],
D :[2，4，6，8，10，16，14],
E
,
F [-2，-4，-6，-8，-10，-16，-14]，
G [-4，-8，-12，-16，-20，-24，-28]，
H [-6，-12，-18，-24，-30，-36，-42]，I [-8，-16，-24，-32，-40，-48，-56]。在實(shí)時定位有源待測物之前預(yù)存好這九個理論相位差。在需實(shí)時定位時利用上述同步天線陣來實(shí)時定位有源待測物。首先進(jìn)行ー維定位。各天線陣元各自實(shí)時接收到由待測物實(shí)時發(fā)出的同一個實(shí)時位置信號，如前所述，此實(shí)時位置信號在各天線陣元之間存在相位差。作為本實(shí)施例方法的步驟，輸入由各天線陣元各自實(shí)時接收的由待測物實(shí)時發(fā)出的同一個實(shí)時位置信號，計(jì)算出此實(shí)時位置信號在各天線陣元的相對相位，從而得到此實(shí)時位置信號在各天線陣元之間的實(shí)時相位差，本實(shí)施例中，此實(shí)時位置信號在天線陣元1、2之間的相位差為2，在天線陣元1、3之間的相位差為7，在天線陣元1、4之間的相位差為11，在天線陣元1、5之間的相位差為14，在天線陣元1、6之間的相位差為17，在天線陣元1、7之間的相位差為22，在天線陣元1、8之間的相位差為24,則其實(shí)時相位差表不為 X :[2，7，11，14，17，22，24]。 取出預(yù)存的分別代表不同理論位置的九個理論相位差，按照所代表的理論位置在沿維度方向上的排列順序?qū)⒍鄠€理論相位差排成序列
A [8, 16，24，32,40,48，56],
B :[6，12，18，24，30，36,42],
C [4, 8, 12，16，20，24，28],
D :[2，4，6，8，10，16，14],
E
,
F [-2，-4，-6，-8，-10，-16，-14]，
G [-4，-8，-12，-16，-20，-24，-28]，
H [-6，-12，-18，-24，-30，-36，-42]，
I [-8，-16，-24，-32，-40，-48，-56]。此時需要確定其中哪個理論相位差最接近所述實(shí)時相位差。實(shí)時相位差和通論相位差之間的遠(yuǎn)近，其衡量標(biāo)準(zhǔn)最直接地，是實(shí)時相位差和通論相位差這兩者的差值越小則這兩者越接近(在其它實(shí)施例中，衡量標(biāo)準(zhǔn)也可以是兩者的比值與I之間的差值)。天線陣元有八個，同一個位置信號在各天線陣元之間的相位差有七個，故所述的兩者的差值取所述兩者的各對應(yīng)相位差的差值的算木平均(在其它實(shí)施例中，也可以取平方平均)。本實(shí)施例中，實(shí)時相位差X與理論相位差A(yù)中的各對應(yīng)相位差的差值為
X-AI = [6，9，13，18，23，26，32]，取算術(shù)平均127/7作為實(shí)時相位差X與理論相位差A(yù)的差值；
實(shí)時相位差X與理論相位差I(lǐng)中的各對應(yīng)相位差的差值為
X-II = [10，23，35，46，57，70，80]，取算術(shù)平均321/7作為實(shí)時相位差X與理論相位差
I的差值。比較實(shí)時相位差離序列哪ー端的理論相位差更接近，由上可知代表左端的理論位置A的理論相位差A(yù)比代表右端的理論位置I的理論相位差I(lǐng)更接近實(shí)時相位差X，故把從離實(shí)時相位差X較遠(yuǎn)的右端開始的k個理論相位差從序列中去除。對于當(dāng)前序列，k取4，即把理論相位差F、G、H、I從序列中去除，則序列中只剩下理論相位差A(yù)、B、C、D、E，至此完成第一次迭代步驟。上述算術(shù)平均值127/7和321/7在比較時可以忽略其相同的分母7，只比較分子127和321即可，以簡化計(jì)算。序列當(dāng)前只剩下理論相位差A(yù)、B、C、D、E，繼續(xù)比較實(shí)時相位差離序列哪一端的理論相位差更接近。計(jì)算可得，實(shí)時相位差X與理論相位差A(yù)的差值為127/7，實(shí)時相位差X與理論相位差E的差值為97/7，可見理論相位差E比理論相位差A(yù)更接近實(shí)時相位差X，故把從離實(shí)時相位差X較遠(yuǎn)的左端開始的k=2個理論相位差A(yù)、B從序列中去除，則序列中只剩下理論相位差C、D、E，至此完成第二次迭代步驟。序列當(dāng)前只剩下理論相位差C、D、E，繼續(xù)比較實(shí)時相位差離序列哪一端的理論相位差更接近。計(jì)算可得，實(shí)時相位差X與理論相位差C的差值為15/7，實(shí)時相位差X與理論相位差E的差值為97/7，可見理論相位差C比理論相位差E更接近實(shí)時相位差X，故把從離實(shí)時相位差X較遠(yuǎn)的右端開始的k=l個理論相位差E從序列中去除，則序列中只剩下理論相位差C、D，至此完成第三次迭代步驟。
·
序列當(dāng)前只剩下理論相位差C、D，繼續(xù)比較實(shí)時相位差離序列哪一端的理論相位差更接近。計(jì)算可得，實(shí)時相位差X與理論相位差C的差值為15/7，實(shí)時相位差X與理論相位差D的差值為41/7，可見理論相位差C比理論相位差D更接近實(shí)時相位差X，故把從離實(shí)時相位差X較遠(yuǎn)的右端開始的k=l個理論相位差D從序列中去除，則序列中只剩下最后一個理論相位差C，至此完成第四次迭代步驟。理論相位差C即為最接近實(shí)時相位差X的理論相位差。由上可見，通過重復(fù)執(zhí)行迭代步驟，逐步去除離實(shí)時相位差較遠(yuǎn)的理論相位差，最終將得到最接近實(shí)時相位差的理論相位差。在每次迭代步驟中，k應(yīng)當(dāng)為正整數(shù)且不大于序列當(dāng)前含有的理論相位差個數(shù)的一半，如果k大于序列當(dāng)前含有的理論相位差個數(shù)的一半，則可能會把最接近實(shí)時相位差的理論相位差不適當(dāng)?shù)厝コ?，例如假設(shè)另一實(shí)時相位差Y最接近理論相位差E，如果在第一次迭代步驟取k=5，則會把理論相位差E不適當(dāng)?shù)厝コ?，?dǎo)致最終結(jié)果錯誤。由上可見，k在所允許的取值范圍內(nèi)取最大值可以在保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下達(dá)到最快的計(jì)算效率。上例中，只需進(jìn)行四次迭代即得出最終結(jié)果，期間只需計(jì)算實(shí)時相位差X與理論相位差A(yù)、I、E、C、D的差值，無需計(jì)算實(shí)時相位差X與全部九個理論相位差的差值，計(jì)算量小。以此最接近的理論相位差C所代表的理論位置C作為待測物的實(shí)時位置。以上實(shí)現(xiàn)了一維定位。基于上述一維定位方法可以進(jìn)行二維定位，如圖2，對其中每一維的定位均采用上述一維定位來實(shí)現(xiàn)。這兩維分別定位之后，即可確定待測物的二維位置。本文給出的方法，其中的全部或部分步驟可以通過建立功能模塊構(gòu)架，由計(jì)算機(jī)程序指令控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成。這些計(jì)算機(jī)程序指令存儲在計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中。
權(quán)利要求
1.利用同步天線陣來實(shí)時定位有源待測物的裝置，包括 前序裝置，其輸入由各天線陣元各自實(shí)時接收的由待測物實(shí)時發(fā)出的同一個實(shí)時位置信號，計(jì)算出此實(shí)時位置信號在各天線陣元的相對相位，從而得到此實(shí)時位置信號在各天線陣元之間的實(shí)時相位差， 其特征是，包括 取出裝置，其取出預(yù)存的分別代表不同理論位置的多個理論相位差，每個理論相位差具體為待測物在每個理論位置所發(fā)出的同一個理論位置信號在各天線陣元之間的相位差; 確定裝置，其確定其中最接近所述實(shí)時相位差的理論相位差； 定位裝置，其就以此最接近的理論相位差所代表的理論位置作為待測物的實(shí)時位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用同步天線陣來定位有源待測物的裝置，確定裝置包括用于進(jìn)行一維定位的一維定位裝置，一維定位裝置具體這樣來確定其中最接近所述實(shí)時相位差的理論相位差按照所代表的理論位置在沿維度方向上的排列順序?qū)⒍鄠€理論相位差排成序列，然后重復(fù)執(zhí)行迭代步驟——比較實(shí)時相位差離序列哪一端的理論相位差更接近，把從離實(shí)時相位差較遠(yuǎn)的那一端開始的k個理論相位差從序列中去除，k為正整數(shù)且不大于序列當(dāng)前含有的理論相位差個數(shù)的一半一直至序列中只剩下一個理論相位差，該理論相位差即為最接近所述實(shí)時相位差的理論相位差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用同步天線陣來定位有源待測物的裝置，一維定位裝置讓k在所允許的取值范圍內(nèi)取最大值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的利用同步天線陣來定位有源待測物的裝置，對于確定裝置，實(shí)時相位差和理論相位差這兩者的差值越小則這兩者越接近。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用同步天線陣來定位有源待測物的裝置，確定裝置對于天線陣元有至少三個，使得同一個位置信號在各天線陣元之間的相位差有至少兩個的情況，讓所述的兩者的差值取所述兩者的各對應(yīng)相位差的差值的算術(shù)平均。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用同步天線陣來定位有源待測物的裝置，包括用于進(jìn)行二維定位的二維定位裝置，二維定位裝置對其中每一維的定位均調(diào)用所述的一維定位裝置來實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用同步天線陣來實(shí)時定位有源待測物的方法，該方法通過建立功能模塊構(gòu)架，由計(jì)算機(jī)程序指令控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成，其中具體涉及根據(jù)由有源待測物實(shí)時發(fā)出的同一個實(shí)時位置信號在各天線陣元之間的實(shí)時相位差來得出待測物的實(shí)時位置，該方法取出預(yù)存的分別代表不同理論位置的多個理論相位差，每個理論相位差具體為待測物在每個理論位置所發(fā)出的同一個理論位置信號在各天線陣元之間的相位差，確定其中最接近所述實(shí)時相位差的理論相位差，就以此最接近的理論相位差所代表的理論位置作為待測物的實(shí)時位置，從而以較小的運(yùn)算量對有源待測物實(shí)現(xiàn)了較準(zhǔn)確的實(shí)時定位。
文檔編號G01S5/06GK102798839SQ201210337909
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者戴連貴, 邢萬勇, 溫志勇, 陳衛(wèi)梁, 謝卿 申請人:廣州新軟計(jì)算機(jī)技術(shù)有限公司