一種寬帶信號(hào)干涉測(cè)向的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)源定位領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行干涉測(cè)向的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 測(cè)向定位是無(wú)源定位體制應(yīng)用中最常見(jiàn)的定位體制之一。其基本原理是將測(cè)向得 到的衛(wèi)星到輻射源于地球表面的交點(diǎn)作為輻射源的位置。因此，對(duì)輻射源進(jìn)行測(cè)向是測(cè)向 定位中最關(guān)鍵的一步。對(duì)輻射源進(jìn)行測(cè)向的基本原理是利用測(cè)向天線對(duì)不同方向的來(lái)波信 號(hào)具有的振幅或相位響應(yīng)來(lái)確定來(lái)波方向。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)向定位的技術(shù)體制主要包括為比幅測(cè)向、比相測(cè)向、陣列測(cè)向和多 普勒測(cè)向等。其中，干涉儀測(cè)向技術(shù)是通過(guò)測(cè)量位于不同波前的天線接收信號(hào)的相位差， 經(jīng)過(guò)處理來(lái)獲取來(lái)波方向，由于它是通過(guò)比較2個(gè)天線之間的相位來(lái)獲得方向，因此也稱(chēng) 為比相法。干涉儀測(cè)向分為單基線干涉儀測(cè)向與多基線干涉儀測(cè)向。由于干涉儀測(cè)向的精 度取決于基線的長(zhǎng)度，基線長(zhǎng)度越長(zhǎng)，測(cè)向精度越高；但是基線增長(zhǎng)，會(huì)使得干涉相位超過(guò) 2π，產(chǎn)生模糊，不能分辨目標(biāo)真正的方向。因此，常采用多基線干涉儀方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn) 題，這無(wú)疑增加了設(shè)備成本、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和增大了空間占用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種寬帶信號(hào)干涉 測(cè)向的方法，能夠有效降低系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、節(jié)約成本、提供空間利用率以及解決了傳統(tǒng)雙 天線干涉儀測(cè)向方法中因基線增長(zhǎng)而導(dǎo)致的干涉相位超過(guò)2π，產(chǎn)生模糊，不能分辨目標(biāo)真 正方向的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明包括如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供一種寬帶信號(hào)干涉測(cè)向的方法，包括以下步驟：
[0007] (1)設(shè)置天線1和天線2接收寬帶信號(hào)；
[0008] (2)天線1和天線2分別對(duì)接收到的寬帶信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，獲得寬帶信號(hào)的中心 頻率f。和帶寬Β;
[0009] (3)天線1和天線2分別在接收到的寬帶信號(hào)中，結(jié)合獲得的寬帶信號(hào)的中心頻率 f。和帶寬B，確定N個(gè)頻率分量fpf2,fV··fN;
[0010] (4)天線1和天線2根據(jù)所述確定的N個(gè)頻率分量，采用濾波器分別從接收到的寬 帶信號(hào)中提取所述頻率分量對(duì)應(yīng)的分信號(hào)Sl (fn)和s2 (fn)，其中Sl (fn)為天線1在頻率分量 fn下對(duì)應(yīng)的分信號(hào)，s2(fn)為天線2在頻率分量仁下對(duì)應(yīng)的分信號(hào)，其中ne1，2,...N;
[0011] (5)將每一頻率分量fn對(duì)應(yīng)的分信號(hào)si(fn)和s2 (fn)進(jìn)行干涉處理，得到由N個(gè) 獨(dú)立方程組成的等效多基線方程組；
[0012] (6)采用解模糊算法求解所述等效多基線方程組得到模糊數(shù)，進(jìn)而求得寬帶信號(hào) 的來(lái)波方位角Θ;
[0013] 所述N的取值等于采用解模糊算法求解所述等效多基線方程組時(shí)所需要的方程 個(gè)數(shù)。
[0014] 進(jìn)一步的，所述等效多基線方程組為：
[0015]
[0016] 上式中，對(duì)于ne1，2，···Ν而言，<(./;,)為s2(fn)的共輒，)<(_/;,)]為分 信號(hào)Si(fn)和s2 (fn)的干涉相位;Μη為模糊數(shù)，Μη取值正整數(shù)；Φη為相位余量，0<Φη〈2π， 〇"可在所述干涉處理中由干涉儀測(cè)得；d為天線1與天線2之間的物理基線的長(zhǎng)度；c為 真空下電磁波的傳播速度；Θ為所述寬帶信號(hào)的來(lái)波方位角；九為sJfJ和s2(fn)之間等 效基線的長(zhǎng)度；λ。為寬帶信號(hào)中心頻率f。對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)。
[0017] 進(jìn)一步的，所述寬帶信號(hào)的來(lái)波方位角Θ的表達(dá)式為

[0018]
[0019]
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] 通過(guò)提取寬帶信號(hào)的不同頻率分量進(jìn)行干涉處理，可以形成等效的多基線，從而 可以解模糊獲得信號(hào)的來(lái)波方向，此方法理論上可以獲得任意短的基線，并且最少僅需用 兩個(gè)天線即可實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶信號(hào)的測(cè)向，從而有效地降低了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、節(jié)約成本并提 高空間利用率，本發(fā)明還成功克服了傳統(tǒng)雙天線干涉儀測(cè)向方法中因基線增長(zhǎng)而導(dǎo)致的干 涉相位超過(guò)2π，產(chǎn)生模糊，不能分辨目標(biāo)真正方向的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的寬帶信號(hào)干涉測(cè)向的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
[0024] 本發(fā)明提出的寬帶信號(hào)干涉測(cè)向方法屬于干涉儀測(cè)向方法。相比于傳統(tǒng)的干涉儀 測(cè)向方法，該方法通過(guò)對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行頻率分析，然后對(duì)寬帶信號(hào)的不同頻率分量的信號(hào) 分別進(jìn)行干涉處理，充分利用了寬帶信號(hào)的自帶信息，形成虛擬的等效基線，采用本發(fā)明寬 帶信號(hào)干涉測(cè)向方法的測(cè)向系統(tǒng)最少僅需采用兩個(gè)陣元（即天線）即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶信號(hào) 的測(cè)向。具體而言，本發(fā)明的寬帶信號(hào)干涉測(cè)向方法包括以下步驟：
[0025] (1)設(shè)置天線1和天線2用于接收寬帶信號(hào)，所述天線1和天線2之間物理基線的 長(zhǎng)度為d;
[0026] (2)天線1和天線2分別對(duì)接收到的寬帶信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，獲得寬帶信號(hào)的中心 頻率f。和帶寬B;
[0027] (3)天線1和天線2分別在接收到的寬帶信號(hào)中，結(jié)合獲得的寬帶信號(hào)的中心頻率 f。和帶寬B，確定N個(gè)頻率分量fpf2,fV"fN，其中/t, -|^/：</〇+|，11￡1，2，...1其中， 所述f\，f2,fV··fN可以在滿足./,+r-fKK，ne1，2,...N的條件下根據(jù)實(shí)際需要分 布，例如fi，f2,fV"fN可以設(shè)置為：在大于等于.爲(wèi)-f且小于等于Λ+ |的范圍內(nèi)均勻等間 隔分布；
[0028] (4)天線1和天線2根據(jù)所述確定的N個(gè)頻率分量，采用濾波器分別從接收到的寬 帶信號(hào)中提取所述頻率分量對(duì)應(yīng)的分信號(hào)Sl(fn)和82(匕)，其中Sl(fn)為天線1在頻率分 量fn下對(duì)應(yīng)的分信號(hào)，s2 (fn)為天線2在頻率分量fn下對(duì)應(yīng)的分信號(hào)，si(fn)和s2 (fn)之 間的等效基線長(zhǎng)度為dn，尤其中ne1，2，...N
[0029](5)將每一頻率分量fn對(duì)應(yīng)的分信號(hào)si(fn)和s2 (fn)進(jìn)行干涉處理，得到由N個(gè) 獨(dú)立方程組成的等效多基線方程組（即解模糊方程組），如式（1)所示：
[0030]
[0031] 上式中，對(duì)于ne1，2, · · ·N而言，<(又）為s2(fn)的共輒，)s24(X)]為分 信號(hào)Si(fn)和s2 (fn)的干涉相位;Mn為模糊數(shù)，Mn取值正整數(shù)；φn為相位余量，0<φn〈2 31， 〇"可在所述干涉處理中由干涉儀測(cè)得；c為真空下電磁波的傳播速度；Θ為所述寬帶信號(hào) 的來(lái)波方位角；λ。為寬帶信號(hào)中心頻率f。對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)；
[0032] (6)采用解模糊算法求解所述等效多基線方程組得到模糊數(shù)，進(jìn)而求得寬帶信號(hào) 的來(lái)波方位角Θ，如式（2)所示：
[0033]
(2>
[0034] 在上述寬帶信號(hào)干涉測(cè)向方法的步驟中，所述N的取值等于采用解模糊算法求解 所述等效多基線方程組時(shí)所需要的方程個(gè)數(shù)；本發(fā)明測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向精度由等效基線中最 長(zhǎng)的等效基線長(zhǎng)度決定，所述最長(zhǎng)的等效基線長(zhǎng)度為d+fw?
[0035] 利用解模糊算法求解方程組的過(guò)程可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況，選擇本領(lǐng) 域中現(xiàn)有的解模糊算法進(jìn)行求解，此處不再贅述。
[0036] 本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種寬帶信號(hào)干涉測(cè)向的方法，包括以下步驟： (1) 設(shè)置天線1和天線2接收寬帶信號(hào)； (2) 天線1和天線2分別對(duì)接收到的寬帶信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，獲得寬帶信號(hào)的中心頻率 fD和帶寬B ; (3) 天線1和天線2分別在接收到的寬帶信號(hào)中，結(jié)合獲得的寬帶信號(hào)的中心頻率f。 和帶寬B，確定N個(gè)頻率分量f\，f2, fV·· fN; (4) 天線1和天線2根據(jù)所述確定的N個(gè)頻率分量，采用濾波器分別從接收到的寬帶信 號(hào)中提取所述頻率分量對(duì)應(yīng)的分信號(hào)81(匕）和82(匕)，其中Sl(f n)為天線1在頻率分量fn下對(duì)應(yīng)的分信號(hào)，s2(fn)為天線2在頻率分量仁下對(duì)應(yīng)的分信號(hào)，其中n e 1，2,... N ; (5) 將每一頻率分量fn對(duì)應(yīng)的分信號(hào)s i (fn)和s2 (fn)進(jìn)行干涉處理，得到由N個(gè)獨(dú)立 方程組成的等效多基線方程組； (6) 采用解模糊算法求解所述等效多基線方程組得到模糊數(shù)，進(jìn)而求得寬帶信號(hào)的來(lái) 波方位角Θ ; 所述N的取值等于采用解模糊算法求解所述等效多基線方程組時(shí)所需要的方程個(gè)數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的寬帶信號(hào)干涉測(cè)向的方法，其特征在于：所述等效多基線方程 組為：上式中，對(duì)于n e 1，2, · · · N而言，<(/;,)為s2(fn)的共輒，)<(乂,)]為分信號(hào) sjfj和s2(fn)的干涉相位；模糊數(shù)，Mn取值正整數(shù)；Φ n為相位余量，0彡Φ η〈2 π，Φη可在所述干涉處理中由干涉儀測(cè)得；d為天線1與天線2之間的物理基線的長(zhǎng)度；c為真空 下電磁波的傳播速度；Θ為所述寬帶信號(hào)的來(lái)波方位角；九為s JfJ和s2(fn)之間等效基 線的長(zhǎng)度；λ。為寬帶信號(hào)中心頻率f。對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)。3. 如權(quán)利要求2所述的寬帶信號(hào)干涉測(cè)向的方法，其特征在于：所述寬帶信號(hào)的來(lái)波方位角Θ的表達(dá)式為：4. 如權(quán)利要求1所述的寬帶信號(hào)干涉測(cè)向的方法，其特征在于：5. 如權(quán)利要求2所述的寬帶信號(hào)干涉測(cè)向的方法，其特征在于
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種寬帶信號(hào)干涉測(cè)向的方法，通過(guò)提取寬帶信號(hào)中不同頻率分量的信號(hào)進(jìn)行干涉處理，可以獲得多個(gè)獨(dú)立的用于解模糊的方程，等效于獲得多基線；從而可以獲得足夠短的基線，并且可以使用兩個(gè)天線即完成對(duì)寬帶信號(hào)的測(cè)向；本發(fā)明充分利用寬帶信號(hào)本身自帶的豐富信息進(jìn)行波達(dá)方向估計(jì)，有效地克服了傳統(tǒng)測(cè)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、空間占用大和由模糊引起的目標(biāo)分辨較差等問(wèn)題。
【IPC分類(lèi)】G01S3/46
【公開(kāi)號(hào)】CN105334490
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510809959
【發(fā)明人】楊曉超, 王偉偉, 楊旭, 白琳, 方舟, 陳顯舟, 段崇棣
【申請(qǐng)人】西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所
【公開(kāi)日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年11月19日