一种采用两传感器的频变信号二维测向方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种采用两传感器的频变信号二维测向方法及设备，该方法包括：获取两传感器的采集相位差Φn、频率fn和信噪比SNRn；将采集相位差数据随机分为K组；对每组采集相位差，计算采集相位差构成的复数与生成的入射角网格上的角度对应的相位差构成的复数的加权距离，生成二维距离矩阵；搜索每个距离矩阵，获取每个距离矩阵中最小值对应的矩阵序号；对采集相位差解模糊，得到无模糊相位差矩阵；求解二维入射角；将K组二维入射角依次排序，并比较本次结果与上次结果；若K个比较值L

A Two-Dimensional Direction Finding Method and Equipment for Frequency-Variable Signals Using Two Sensors

The invention discloses a two-dimensional direction finding method and equipment for frequency-varying signals using two sensors. The method includes acquiring phase difference n, frequency FN and signal-to-noise ratio SNRn of the two sensors, dividing the acquisition phase difference data into K groups randomly, calculating the complex number of acquisition phase difference for each group and the phase difference corresponding to the angle on the generated incidence angle grid. The weighted distance of the number is used to generate the two-dimensional distance matrix; searching each distance matrix to get the matrix sequence number corresponding to the minimum value of each distance matrix; solving the ambiguity of the acquisition phase difference to get the non-ambiguous phase difference matrix; solving the two-dimensional incidence angle; ranking the two-dimensional incidence angles of K groups in turn, and comparing the present results with the previous results; if the K comparison values are L.

【技术实现步骤摘要】
一种采用两传感器的频变信号二维测向方法及设备
本专利技术属于无线电监测
，涉及相位干涉仪的二维测向方法，特别是涉及一种采用两传感器旋转的对多个频变信号的二维测向方法及设备。
技术介绍
相位干涉仪由于具有很高的测向精度，是目前测向系统中普遍采用的测向方法。相位干涉仪分为固定阵与时变阵。固定式相位干涉仪的单元天线位置固定不变，通过单元间的相位差获取来波入射角信息。二维测角则是基于3个或4个天线相位值差形成两组相位差方程，解算二维入射角的两个未知量。常见的测向方法有：基于参数估计的阵列信号处理方法(见文献：TwoDecadesofArraySignalProcessingResearch,Krim,H.；Viberg,M,SignalProcessingMagazine,IEEE,1996,13(4),67-94)，基于解析解算的圆阵干涉仪方法，采用圆阵形成两组相位差方程，解算二维入射角的两个未知量(见文献：圆阵干涉仪测向研究，王琦；航天电子对抗，2009，25(5)，33-35；N元均匀圆阵干涉仪测向研究，张得才，舰船电子对抗，2012，35(1)，25-27；基于圆阵干涉仪的被动导引头宽带测向方法，张亮，系统工程与电子技术，2012，34(3)，462-466)。固定相位干涉仪二维测向需要多个天线及采集通道，存在硬件资源大的问题。基于相位干涉仪的另一种方法是采用时变阵(见文献：Directionfindingwithfewerreceiversviatime-varyingpreprocessing,Sheinvald,J.；Wax,M.,SignalProcessing,IEEETransactionson,1999,47(1),2-9；Direction-of-ArrivalEstimationwithTime-VaryingArraysviaBayesianMultitaskLearning,Zhang-MengLiu,2014,63(8),3762-3773；Localizationofmultiplesourceswithmovingarrays,Sheinvald,J.；Wax,M.；Meiss,A.J.,SignalProcessing,IEEETransactionson,1998,46(10),2736-2743；Motion-ExtendedArraySynthesis-PartI:TheoryandMethod,JohnR.Kendra,IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing,2017,55(4),2028-2044)。时变阵的优势在于硬件资源简单，最少2个天线及接收机，通过阵列移动即可高精度的获取来波的二维入射角信息。时变阵列根据阵列移动的方式不同，又可分为线性阵列(见文献：Motion-ExtendedArraySynthesis-PartI:TheoryandMethod,JohnR.Kendra,IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing,2017,55(4),2028-2044；Passivesyntheticarrays,AutreySW.,JournaloftheAcousticalSocietyofAmerica,1988,84(84):592-598)和旋转阵列。线性移动阵列的移动以及姿态控制控制较为复杂。而旋转阵列移动姿态容易控制，通过仅两天线的旋转，通过仅两个通道采集不同旋转角度的天线相位差，即可解算辐射源的二维入射角信息。基于相位干涉仪的采用旋转阵列方法，采用两天线测向，运算量大(见文献：AzimuthandElevationEstimationWithRotatingLong-BaselineInterferometers,Zhang-MengLiu,Fu-ChengGuo,SignalProcessing,IEEETransactionson,2015,63(9),2405-2419)。旋转两天线(见文献：Radiointerferometerforgeosynchronoussatellitedirectionfinding,IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems,2007,43(2),443-449)无法解模糊，需事先获取粗略入射角信息。采用数字积分器的解模糊方法，仅适用于到达时间间隔均匀的情形，且对间隔采样时间有一定要求(见文献：被动雷达导引头旋转式相位干涉仪测向方法，祝俊，李昀豪，王军，唐斌，何明，太赫兹科学与电子信息学报，2013，(11)3，382-387；一种新的雷达信号旋转干涉仪测向解模糊算法，何明，李昀豪，唐斌，电讯技术，2013，53(3)，297-301)。采用非线性最小二乘算法，需迭代运算，计算时间长(见文献：基于旋转干涉仪模糊相位差的多假设NLS定位算法，李腾，郭福成，姜文利，电子与信息学报，2012，34(4)，956-962；时变长基线2维干涉仪测向方法，张敏，郭福成，周一宇，姚山峰，电子与信息学报，2013，35(12)，2882-2888]。采用基于粒子群优化方法进行测向，需要迭代，计算时间长(见文献：星载干涉仪无源定位新方法及其误差分析，李腾，郭福成，姜文利，国防科技大学学报，2012，34(3)，164-170。还有文献也提出了旋转两天线测向的方法，但都无法对频变信号实现精确测向(见文献：开环旋转相位干涉仪DOA算法分析，刘鲁涛，司锡才，解放军理工大学学报(自然科学版)，2011，12(5)，419-424；旋转干涉仪解模糊方法研究及实现，司伟建，弹箭与制导学报，2010，30(3)，199-202；时变长基线2维干涉仪测向方法，张敏，郭福成，周一宇，姚山峰，电子与信息学报，2013，35(12)，2882-2888)。上述方法仅能针对点频单辐射源进行测向，无法对多辐射源进行测向。基于谱估计的方法能处理多信号测向，但基于谱估计MUSIC算法，需矩阵计算，运算复杂(见文献：基于阵列基线旋转的多目标DOA估计算法，司伟建，系统工程与电子技术，2014，36(5)，809-815)。旋转长基线干涉仪也能针对多目标进行测向，但测向精度和运算量相互制约，效率不高(见文献：AzimuthandElevationEstimationWithRotatingLong-BaselineInterferometers,Zhang-MengLiu,Fu-ChengGuo,SignalProcessing,IEEETransactionson,2015,63(9),2405-2419)。由于旋转干涉仪需通过一定的时间积累实现二维测向，而对于频变信号(如调频信号，频率调制信号等)，该时间段内的信号频率会发生改变。上述方法均只针对点频信号，无法实现频变信号的二维测向。针对频变信号，已有文献进行了报道(见文献：Parameterestimationofmultiplefrequency-hoppingsignalswithtwosensors,Zuo,L.；Pan,J.；Ma,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用两传感器的频变信号二维测向方法，其特征在于，包括：获取在不同旋转位置φn的两传感器间的采集相位差Φn、频率fn和信噪比SNRn，其中，n＝1,2,…,N，N为采样点个数；将N个采集相位差数据随机分为K组，K为辐射源个数，K

【技术特征摘要】
1.一种采用两传感器的频变信号二维测向方法，其特征在于，包括：获取在不同旋转位置φn的两传感器间的采集相位差Φn、频率fn和信噪比SNRn，其中，n＝1,2,…,N，N为采样点个数；将N个采集相位差数据随机分为K组，K为辐射源个数，K<<N，每组采集相位差个数大于或者等于3；生成入射角网格数据对每组采集相位差，计算采集相位差构成的复数与生成的入射角网格上的角度对应的相位差构成的复数之间通过信噪比加权的距离，生成二维距离矩阵[Dk]P×Q，其中，θ＇p和分别为生成的入射角网格上的俯仰角和方位角，p＝1,2,...,P，q＝1,2,...,Q，P和Q分别为二维距离矩阵[Dk]的行数和列数，为第k组的第i个采集相位差，和分别为对应采样点的旋转位置、频率和信噪比，Nk为第k组的采集相位差个数，N1+N2+...+Nk+…+NK＝N，Nk≥3，k＝1,2,...,K，c为波的传播速度，d为两传感器间的间距；搜索每个距离矩阵[Dk]，获取每个距离矩阵中最小值对应的矩阵序号和利用矩阵序号和对应的入射角网格上的角度对第k组相位差中的采集相位差解模糊，得到第k组的无模糊相位差矩阵根据无模糊相位差矩阵Φk求解第k组的二维入射角，得到K组二维入射角其中θk和分别为第k个辐射源入射方向的俯仰角和方位角，俯仰角为辐射源来波方向与z轴的夹角，方位角为辐射源来波方向与x轴的夹角；根据θk的大小，将K组二维入射角依次排序，下标随θk下标变化，并比较本次结果与上次结果得到K个比较值L1～LK；若L1～LK均小于门限，则输出否则，根据本次结果生成K组理论相位差并分别计算每个采集相位差Φn与理论相位差的距离比较ik＝1,2,...,Nk，k＝1,2,…,K，将Φn重新归类至距离最小时对应的第k组，其中为第k组的第i个理论相位差。2.根据权利要求1所述的一种采用两传感器的频变信号二维测向方法，其特征在于，入射角网格数据的生成方法为：θ＇p＝pπ/P，3.根据权利要求1所述的一种采用两传感器的频变信号二维测向方法，其特征在于，二维距离矩阵[Dk]P×Q的第pq个元素的计算方法为：4.根据权利要求1所述的一种采用两传感器的频变信号二维测向方法，其特征在于，无模糊相位差矩阵Φk中的无模糊相位差的计算方法为：其中，round为四舍五入运算。5.根据权利要求1所述的一种采用两传感器的频变信号二维测向方法，其特征在于，二维入射角的计算方法为：其中，bk(1)和bk(2)为矩阵bk＝(AkTWkAk)-1(AkTWkΦk)的元素，加权矩阵Wk为对角矩阵，对角元素为arg表示取复数相位。6.根据权利要求1所述的一种采用两传感器的频变信号二维测向方法，其特征在于，比较值Lk的计算方法为：其中，mod(x,2π)为x对2π取模后的余数。7.根据权利要求1-6任一项所述的一种采用两传感器的频变信号二维测向方法，其特征在于，P＝200，Q＝200。8.根据权利要求1-6任一项所述的一种采用两传感器的频变信号二维测向方法，其特征在于，传感器为天线或者麦克风。9.一种采用两传感器的频变信号二维测向设备，其特征在于，包括：获取装置，用于获取在不同旋转位置φn的两传感器间的采集相位差Φn、频率fn和信噪比SNRn，其中，n＝1,2,…,N，N为采样点...

【专利技术属性】
技术研发人员：左乐，胡泽华，聂剑坤，应钱诚，王丽华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51