一种大基线四元阵宽带信号测向系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大基线四元阵宽带信号测向系统及方法，来对远场辐射源进行测向，包括测向处理前端和测向处理方法两部分。测向处理前端输出四路信号，信号相位参数受辐射源与测向处理前端相对位置、天线几何构型约束。发明专利技术重点阐述测向处理方法，首先在相位估计模块里，对测向处理前端中频信号进行相位解算，利用宽带信号引起的渐变基线波长比特点，由解缠绕和解模糊模块解求解相位差，最后结合天线几何构型，在测向模块估计辐射源方向位置。本发明专利技术采用固定尺寸大基线，仅四元阵天线即可完成对非合作目标辐射源的二维瞬时测向，在不降低系统测向精度的条件下，简化了测向系统工程实现复杂度，具有广阔的发展空间和应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大基线四元阵宽带信号测向系统及方法，特别适合于对测向系统构成复杂度要求较高的场合，可以用来对非合作目标辐射源进行测向，属于电子侦察领域。
技术介绍
测向系统是电子侦察装备体系的重要组成部分，可以截获、分析、定位作战区域内的目标辐射源，在现代电子对抗中“扮演”了一个极其重要的角色。测向系统主要包括多站和单站两种模式，多站测向要求多站之间具有高精度时间同步和通信链路，系统实现复杂，成本较高；单站测向分为比幅测向和干涉仪测向两种形式，比幅测向的精度较低，难以测向精度要求较高的场合，《圆阵干涉仪测向研究》(王琦)介绍的干涉仪测向，需要一定规模天线阵列，形成差异化观测基线，从多个角度对辐射源信号进行侦收，完成测向，但高精度的测向要求的天线阵元规模较大，系统实现复杂。《基于旋转干涉仪的辐射源二维方向估计方法》(李杨)中介绍的干涉仪，虽然只需要两个天线进行就可进行测向，但其要求天线阵进行旋转，需要旋转机构，系统工程实现复杂，且不满足定位时效性要求高的应用场合。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：解决了传统干涉仪测向系统通道多、工程实现复杂的问题，仅需要四元阵天线组成大基线“十”字阵列即可空间二维测向，具备瞬时定位能力。本专利技术的技术解决方案是：一种大基线四元阵宽带信号测向系统，如图1所示，包括：相位估计模块、解缠绕模块、解模糊模块和测向模块；相位估计模块，采用四元阵天线侦收信号，利用互谱相位差提取算法进行相位估计，得到四元阵侦收信号x1、x2、x3、x4；对四元阵侦收的信号x1、x2、x3、x4进行快速傅里叶变换FFT，得到变换后的信号y1、y2、y3、y4，其中yt＝FFT(xt)，“FFT(.)”表示对元素“.”进行快速傅里叶变换，t＝1、2、3、4；对y1和y3、y2和y4进行互谱分析得z13、z24：z13＝y1.*conj(y3),z24＝y2.*conj(y4),其中“A.*B”标识表示序列A和B各个元素对应相乘，“conj(.)”表示对元素“.”取共轭；按照信号带宽截取互谱序列z13和z24，得到G13和G24，提取互谱G13和G24相位序列差相位，得到相位差序列Φ13和Φ24Φ13(i)＝atan(real(G13(i))/imag(G13(i)))Φ24(i)＝atan(real(G24(i))/imag(G24(i)))其中i＝1,2,…,k，k为序列长度，atan(·)表示计算相应的反正切值，real(·)表示求取相应复数的实部，imag(·)表示求取相应复数的虚部；输出相位差序列Φ13和Φ24到解缠绕模块；解缠绕模块，利用相位差序列Φ13和Φ24相位渐变特点，解缠绕得到解缠绕序列Ψ13和Ψ24；解缠绕模块，将解缠绕序列Ψ13和Ψ24输出到解模糊模块；解模糊模块，利用宽带信号渐变基线波长比的特点，对解缠绕后的序列Ψ13和Ψ24进行解模糊处理，得到解模糊序列τ13和τ24，输出到测向模块；测向模块，根据相位差τ13和τ24，利用四元阵几何构型与辐射源相对关系，计算辐射源来波方向，包括方位角α和俯仰角β，α=atan(Sreal/Simag)β=asin(|Tcomplex|)]]>其中Tcomplex＝(Sreal+j×Simag)×exp(j×π)Sreal=τ13-τ244R×sin(2π/5)×sin(π/5)/c]]>Simag=τ13+τ244R×sin(2π/5)×cos(π/5)/c]]>c为光速，R为基线的半径，测向模块输出的为辐射源的的方位角α和俯仰角β。所述解缠绕模块中，解缠绕得到解缠绕序列Ψ13和Ψ24的过程为：对相位差序列Φ13，计算序列差分，ΔΦ13(i)＝Φ13(i)-Φ13(i-1)，其中i＝1,2,…,k，解缠绕后的序列第一个元素，Ψ13(1)＝ΔΦ13(1)对于第i个元素，若：ΔΦ13(i)＜-π，Ψ13(i)＝Ψ13(i-1)+ΔΦ13(i)+2π若：-π≤ΔΦ13(i)≤π，Ψ13(i)＝Ψ13(i-1)+ΔΦ13(i)若：ΔΦ13(i)＞π，Ψ13(i)＝Ψ13(i-1)+ΔΦ13(i)-2π直到i＝k，得到解缠绕序列Ψ13；针对相位差序列Φ24，计算序列差分，ΔΦ24(i)＝Φ24(i)-Φ24(i-1)，其中i＝1,2,…,k，解缠绕后的序列第一个元素，Ψ24(1)＝ΔΦ24(1)对于第i个元素，若：ΔΦ24(i)＜-π，Ψ24(i)＝Ψ24(i-1)+ΔΦ24(i)+2π若：-π≤ΔΦ24(i)≤π，Ψ24(i)＝Ψ24(i-1)+ΔΦ24(i)若：ΔΦ24(i)＞π，Ψ24(i)＝Ψ24(i-1)+ΔΦ24(i)-2π直到i＝k，得到解缠绕序列Ψ24。所述解模糊模块中，得到解模糊序列τ13和τ24的过程如下：假定最大解模糊数为v，解模糊数w∈[-v，v]，g为模糊数搜索数，其最大搜索区间[1，2w+1]，s为搜索序号，flh(·)为序列对应的频率值序列，对侦收信号x1和x3的解缠绕序列Ψ13进行解模糊搜索：当s＝g时，γ13(1)=[Ψ13(1)/(2π)-(g-v-1)]/flh(1)γ13(2)=[Ψ13(2)/(2π)-(g-v-1)]/flh(2)...γ13(i)=[Ψ13(i)/(2π)-(g-v-1)]/flh(i)...γ13(k)=[Ψ13(k)/(2π)-(g-v-1)]/flh(k)]]>均值：Σ13(g)=Σi=1kγ13(i)/k]]>方差：Λ13(g)=Σi=1k(γ13(i)-Σ13(g))2/(k-1)]]>则解模糊最优的sg为：sg13＝argmin(Λ13(g))Argmin(·)表示搜索序列“·”最小的元素“·”。对应的相位差：Γ13(1)=[Ψ13(1)/(2π)-(sg13-v-1)]/flh(1)Γ13(2)=[Ψ13(2)/(2π)-(sg13-v-1)]/flh(2)...Γ13(i)=[Ψ13(i)/(2π)-(sg13-v-1)]/flh(i)...Γ13(k)=[Ψ13(k)/(2π)-(sg13-v-1)]/flh(k)]]>均值：τ13=Σi=1kΓ13(i)/k]]>假定最大解模糊数为v，解模糊数w∈[-v，v]，g为模糊数搜索数，其最大搜索区间[1，2w+1]，s为搜索序号，flh(·)为序列对应的频率值序列，对侦收信号x2和x4的解缠绕序列Ψ24进行解模糊搜索：γ24(1)=[&P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大基线四元阵宽带信号测向系统，其特征在于包括：相位估计模块、解缠绕模块、解模糊模块和测向模块；相位估计模块，采用四元阵天线侦收信号，利用互谱相位差提取算法进行相位估计，得到四元阵侦收信号x1、x2、x3、x4；对四元阵侦收的信号x1、x2、x3、x4进行快速傅里叶变换FFT，得到变换后的信号y1、y2、y3、y4，其中yt＝FFT(xt)，“FFT(.)”表示对元素“.”进行快速傅里叶变换，t＝1、2、3、4；对y1和y3、y2和y4进行互谱分析得z13、z24：z13＝y1.*conj(y3),z24＝y2.*conj(y4),其中“A.*B”标识表示序列A和B各个元素对应相乘，“conj(.)”表示对元素“.”取共轭；按照信号带宽截取互谱序列z13和z24，得到G13和G24，提取互谱G13和G24相位序列差相位，得到相位差序列Φ13和Φ24Φ13(i)＝atan(real(G13(i))/imag(G13(i)))Φ24(i)＝atan(real(G24(i))/imag(G24(i)))其中i＝1,2,…,k，k为序列长度，atan(·)表示计算相应的反正切值，real(·)表示求取相应复数的实部，imag(·)表示求取相应复数的虚部；输出相位差序列Φ13和Φ24到解缠绕模块；解缠绕模块，利用相位差序列Φ13和Φ24相位渐变特点，解缠绕得到解缠绕序列Ψ13和Ψ24，输出到解模糊模块；解模糊模块，利用宽带信号渐变基线波长比的特点，对解缠绕后的序列Ψ13和Ψ24进行解模糊处理，得到解模糊序列τ13和τ24，输出到测向模块；测向模块，根据相位差τ13和τ24，利用四元阵几何构型与辐射源相对关系，计算辐射源来波方向，包括方位角α和俯仰角β，其中 Tcomplex＝(Sreal+j×Simag)×exp(j×π)c为光速，R为基线的半径，测向模块输出的为辐射源的的方位角α和俯仰角β。...

【技术特征摘要】
1.一种大基线四元阵宽带信号测向系统，其特征在于包括：相位估计模块、解缠绕模块、解模糊模块和测向模块；相位估计模块，采用四元阵天线侦收信号，利用互谱相位差提取算法进行相位估计，得到四元阵侦收信号x1、x2、x3、x4；对四元阵侦收的信号x1、x2、x3、x4进行快速傅里叶变换FFT，得到变换后的信号y1、y2、y3、y4，其中yt＝FFT(xt)，“FFT(.)”表示对元素“.”进行快速傅里叶变换，t＝1、2、3、4；对y1和y3、y2和y4进行互谱分析得z13、z24：z13＝y1.*conj(y3),z24＝y2.*conj(y4),其中“A.*B”标识表示序列A和B各个元素对应相乘，“conj(.)”表示对元素“.”取共轭；按照信号带宽截取互谱序列z13和z24，得到G13和G24，提取互谱G13和G24相位序列差相位，得到相位差序列Φ13和Φ24Φ13(i)＝atan(real(G13(i))/imag(G13(i)))Φ24(i)＝atan(real(G24(i))/imag(G24(i)))其中i＝1,2,…,k，k为序列长度，atan(·)表示计算相应的反正切值，real(·)表示求取相应复数的实部，imag(·)表示求取相应复数的虚部；输出相位差序列Φ13和Φ24到解缠绕模块；解缠绕模块，利用相位差序列Φ13和Φ24相位渐变特点，解缠绕得到解缠绕序列Ψ13和Ψ24，输出到解模糊模块；解模糊模块，利用宽带信号渐变基线波长比的特点，对解缠绕后的序列Ψ13和Ψ24进行解模糊处理，得到解模糊序列τ13和τ24，输出到测向模块；测向模块，根据相位差τ13和τ24，利用四元阵几何构型与辐射源相对关系，计算辐射源来波方向，包括方位角α和俯仰角β，其中Tcomplex＝(Sreal+j×Simag)×exp(j×π)c为光速，R为基线的半径，测向模块输出的为辐射源的的方位角α和俯仰角β。2.根据权利要求1所述的大基线四元阵宽带信号测向系统，其特征在于：所述解缠绕模块中，解缠绕得到解缠绕序列Ψ13和Ψ24的过程为：对相位差序列Φ13，计算序列差分，ΔΦ13(i)＝Φ13(i)-Φ13(i-1)，其中i＝1,2,…,k，解缠绕后的序列第一个元素，Ψ13(1)＝ΔΦ13(1)对于第i个元素，若：ΔΦ13(i)＜-π，Ψ13(i)＝Ψ13(i-1)+ΔΦ13(i)+2π若：-π≤ΔΦ13(i)≤π，Ψ13(i)＝Ψ13(i-1)+ΔΦ13(i)若：ΔΦ13(i)＞π，Ψ13(i)＝Ψ13(i-1)+ΔΦ13(i)-2π直到i＝k，得到解缠绕序列Ψ13；针对相位差序列Φ24，计算序列差分，ΔΦ24(i)＝Φ24(i)-Φ24(i-1)，其中i＝1,2,…,k，解缠绕后的序列第一个元素，Ψ24(1)＝ΔΦ24(1)对于第i个元素，若：ΔΦ24(i)＜-π，Ψ24(i)＝Ψ24(i-1)+ΔΦ24(i)+2π若：-π≤ΔΦ24(i)≤π，Ψ24(i)＝Ψ24(i-1)+ΔΦ24(i)若：ΔΦ24(i)＞π，Ψ24(i)＝Ψ24(i-1)+ΔΦ24(i)-2π直到i＝k，得到解缠绕序列Ψ24。3.根据权利要求1所述的大基线四元阵宽带信号测向系统，其特征在于：所述解模糊模块中，得到解模糊序列τ13和τ24的过程如下：假定最大解模糊数为v，解模糊数w∈[-v，v]，g为模糊数搜索数，其最大搜索区间[1，2w+1]，s为搜索序号，flh(·)为序列对应的频率值序列，对侦收信号x1和x3的解缠绕序列Ψ13进行解模糊搜索：当s＝g时，Υ13(1)＝[Ψ13(1)/(2π)-(g-v-1)]/flh(1)Υ13(2)＝[Ψ13(2)/(2π)-(g-v-1)]/flh(2)Υ13(i)＝[Ψ13(i)/(2π)-(g-v-1)]/flh(i)Υ13(k)＝[Ψ13(k)/(2π)-(g-v-1)]/flh(k)均值：方差：则解模糊最优的sg为：sg13＝argmin(Λ13(g))Argmin(·)表示搜索序列“·”最小的元素“·”。对应的相位差：Γ13(1)＝[Ψ13(1)/(2π)-(sg13-v-1)]/flh(1)Γ13(2)＝[Ψ13(2)/(2π)-(sg13-v-1)]/flh(2)Γ13(i)＝[Ψ13(i)/(2π)-(sg13-v-1)]/flh(i)Γ13(k)＝[Ψ13(k)/(2π)-(sg13-v-1)]/flh(k)均值：假定最大解模糊数为v，解模糊数w∈[-v，v]，g为模糊数搜索数，其最大搜索区间[1，2w+1]，s为搜索序号，flh(·)为序列对应的频率值序列，对侦收信号x2和x4的解缠绕序列Ψ24进行解模糊搜索：Υ24(1)＝[Ψ24(1)/(2π)-(g-v-1)]/flh(1)Υ24(2)＝[Ψ24(2)/(2π)-(g-v-1)]/flh(2)Υ24(i)＝[Ψ24(i)/(2π)-(g-v-1)]/flh(i)Υ24(k)＝[Ψ24(k)/(2π)-(g-v-1)]/flh(k)均值：方差：则解模糊最优的sg为：sg24＝argmin(Λ24(g))Argmin(·)表示搜索序列“·”最小的元素“·”。对应的相位差：Γ24(1)＝[Ψ24(1)/(2π)-(sg24-v-1)]/flh(1)Γ24(2)＝[Ψ24(2)/(2π)-...

【专利技术属性】
技术研发人员：马定坤，匡银，杨新权，王苏君，韩勋，靳一，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61