锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法技术方案

本发明专利技术涉及一种锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法，首先对接收到的两路信号进行apFFT处理，然后再通过寻找频谱峰值来确定相位，求相位差之后即可求得导弹的相位角。本发明专利技术无需借助任何附加的校正措施即可精确地提取出相位信息，apFFT法使得主频谱相对于旁瓣更加的突出，相比传统的FFT方法，具有更高的频谱泄露抑制能力和更高的测角精度。

Aperture Measurement Method of APFFT Spectrum in Sawtooth Frequency Modulation Linear System

The present invention relates to an apFFT spectrum angle measurement method in a sawtooth frequency modulation linear system. Firstly, the two received signals are processed by apFFT, and then the phase is determined by finding the peak value of the spectrum. After calculating the phase difference, the phase angle of the missile can be obtained. The invention can extract phase information accurately without any additional correction measures. The apFFT method makes the main spectrum more prominent than the side lobe, and has higher spectrum leakage suppression ability and higher angle measurement accuracy than the traditional FFT method.

【技术实现步骤摘要】
锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法
本专利技术涉及调频比相测角技术，特别是一种锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法。
技术介绍
近年来，随着现代武器和电子对抗技术的快速发展，对雷达的测量精度、抗干扰能力和超高速目标探测能力提出了更高的要求，同时如何快速准确地检测系统的测角精度成为亟待解决的问题。现有的测角方法根据不同的技术可以分为硬件法和软件法。硬件法由硬件电路来完成，通过先求出两路信号的频率和时间差，然后将时间差转为相位差，再根据相位差求角度，这种方法受硬件的影响较大，测量精度不是很好。软件法是通过软件来完成，先对信号进行采样，然后采用测相位差的算法进行处理得到相位差，进而求得角度。软件法主要有过零点法、相关法等。由于过零点法对信噪比要求比较高，抗干扰能力差，相关法要求严格的整周期采样，且难以消除谐波的干扰，因此它们都很难应用于信噪比低、精度高、实时性强的系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法，有效解决FFT测相位的频谱泄露问题，提高测相精度。实现本专利技术目的的技术方案为：一种锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法，包括以下步骤：(1)数据预处理：将本振信号和回波信号通过滤波器进行滤波处理；(2)对两路信号分别进行采样处理；(3)对两路信号分别进行apFFT处理；(4)分别寻找apFFT谱峰值；(5)分别求出峰值处的相位值；(6)求相位差；(7)根据相位差求取角度信息。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：(1)全相位的相位谱分析方法具有良好的频谱抑制性能，apFFT具有“相位不变性”，该性质意味着即使在“不同步采样的情况下”，无需借助任何附加的校正措施即可精确地提取出相位信息；(2)apFFT法使得主频谱相对于旁瓣更加的突出，比传统的FFT方法具有更高的频谱泄露抑制能力，从而测角精度更高。附图说明图1为本专利技术的锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法流程图。图2为本专利技术apFFT数据预处理主要流程图。图3为全相位周期延拓信号处理过程图。图4为本专利技术相位差检测结果波形图。图5为本专利技术相位差检测结果误差波形图。具体实施方式结合图1，一种锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法，包括以下步骤：(1)数据预处理：将本振信号和回波信号通过滤波器进行滤波处理；(2)对两路信号分别进行采样处理；(3)对两路信号分别进行apFFT处理；(4)分别寻找apFFT谱峰值；(5)分别求出峰值处的相位值；(6)求相位差；(7)根据相位差求取角度信息。进一步的，本振信号和回波信号频率相同，两路信号相位差和角度信息存在以下关系：其中，Δφ为两信号由于两天线的波程差而引起的相位差，φd1为本振信号的相位，φd2为回波信号的相位，ω0为所选信号的角频率，Δτ为信号接收器接收到两信号的时间差，f0为所选信号的频率，α为导弹方位角，L为两个信号接收器的距离，λ0为所选信号的波长。进一步的，在apFFT处理中需要对输入信号进行预处理，具体为：S1，构成一个N点的汉宁窗；S2，汉宁窗对自身求卷积，得到2N-1点的卷积窗；S3，求取2N-1点的卷积窗的和；S4，将卷积窗的每一项除以卷积窗的和，得到2N-1点的归一化卷积窗；S5，将数据的1：2N-1项和归一化卷积窗相乘，得到加窗的2N-1项；S6，将第1项和N+1项，第2项和N+2项...第N-1项和第2N-1项相加，得到经过全相预处理的N点序列。进一步的，对预处理之后的数据进行FFT处理，并找出频谱的峰值点，求出峰值的相位。本专利技术无需借助相位校正就可以精确提取相位信息。下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。实施例如图1所示，为了有效的测相，本实施例的测角方法包括以下步骤：(1)将通过低通滤波器的本振信号和回波信号进行AD采样；(2)对经过滤波的数据做apFFT，得到apFFT频谱分析结果；(3)在频谱中搜索峰值谱线对应的k值，记为k0；(4)最后调用反正切函数求出k0处的相位值，此相位值即是x0处的真实相位值。FFT法测相位差的原理：首先对两路信号进行AD采样；其次进行FFT变换求出每一路的频谱；然后分别求出他们在峰值谱线处的相位；最后将两路信号的相位相减求出相位差。设两路正弦波调频信号表达式为：其中A1,A2分别为两路信号的幅度，f0为信号频率，分别为两路信号的初始相位。输入信号的频率稳定度为10-3-10-4，将f0表示为f0＝(k0+δ)·fd式中k0为整数，fd为频谱分辨率，fd＝fs/n，fs为采样频率，N为采样点数，δ为泄露误差系数，|δ|≤0.5。用相同的采样频率fs在同一时刻对s1(n)和s2(n)进行采样，得到两路离散序列：接下来，对两路信号处理类似，以s1(n)为例进行说明。对s1(n)进行DFT变换得到离散频谱S1(k)，其中k＝0,1,2···,N-1，因为S1(k)的峰值谱线在k＝k0处取得，根据DFT定义，可得：忽略式中的负频率成分，上式可简化为：设phase1表示本振信号在k＝k0处的相位，则phase1可以统一表示为：同理，phase2表示回波信号的相位，则：相位差用表示为：即两路同频正弦信号的相位差等于其离散谱在最大谱线处的相位差。在实际应用中可通过反正切变换求得每一路信号在峰值谱线k0的相位值，记为phase1和phase2：将两式相减求得本实施例采用以下系统参数：正弦信号，中心频率f0为10MHz，采样频率100MHz。图2为apFFT数据预处理主要流程图。在本实施例中以N＝3为例进行论述，取n＝0的x(0)为开始取样点，则传统截断向量为x0＝[x(0),x(-1),x(-2)]T，DFT处理的是x0的周期延拓。但对包含x(0)的N＝3的截断而言，n＝1的x(1)，n＝2的x(2)也可以作为开始取样点，则截断向量为x1＝[x(1),x(0),x(-1)]T，x2＝[x(2),x(1),x(0)]T，这3个周期延拓信号相加形成一个新的全相位周期延拓信号。而全相位最终也是形成一个长为N的向量。它的处理过程可以用图3来表示。图3表明：全相位处理等价于用一卷积窗wc对以x(0)为中心的长为2N-1的数据向量进行加权处理，再移位求和。图4为输入信号为正弦信号，信号的相位差从1°变化到360°的时候，测得的相位差随输入信号相位差的变化。横坐标为两输入信号的相位差，纵坐标为测量得到的相位差。图5为相位差检测误差波形图。由误差图可以看到，误差在要求的范围之内，本专利技术的测角方法可以达到测量要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)数据预处理：将本振信号和回波信号通过滤波器进行滤波处理；(2)对两路信号分别进行采样处理；(3)对两路信号分别进行apFFT处理；(4)分别寻找apFFT谱峰值；(5)分别求出峰值处的相位值；(6)求相位差；(7)根据相位差求取角度信息。

【技术特征摘要】
1.一种锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)数据预处理：将本振信号和回波信号通过滤波器进行滤波处理；(2)对两路信号分别进行采样处理；(3)对两路信号分别进行apFFT处理；(4)分别寻找apFFT谱峰值；(5)分别求出峰值处的相位值；(6)求相位差；(7)根据相位差求取角度信息。2.根据权利要求1所述的锯齿波调频线性系统中apFFT谱测角方法，其特征在于，本振信号和回波信号频率相同，两路信号相位差和角度信息存在以下关系：其中，Δφ为两信号由于两天线的波程差而引起的相位差，φd1为本振信号的相位，φd2为回波信号的相位，ω0为所选信号的角频率，Δτ为信号接收器接收到两信号的时间差，f0为所选信号的频率，α为导弹方位角，L为两个信...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵惠昌，王晶，仝华东，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32