一种基于合成孔径技术的辐射源定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于合成孔径技术的辐射源定位方法，本发明专利技术的定位方法通过控制电磁兼容测试设备进行复杂运动，合成具有二维空间结构的等效天线阵列，对辐射源进行成像，从而实现辐射源的精确定位；并结合后向投影技术，克服了传统频域分析方法只能用于直线运动轨迹信号分析的缺点，实现了任意运动轨迹下的辐射定位。由于合成了具有二维空间结构的天线孔径，本发明专利技术的定位方法具有更高的定位精度；由于采用了后向投影技术，本发明专利技术的方法可用于非直线运动的孔径合成，提高了辐射源定位方法的通用性。本发明专利技术的方法可显著提升电磁兼容测试设备对确知信号的定位精度，用于各种确知辐射源定位测量工作。源定位测量工作。源定位测量工作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于合成孔径技术的辐射源定位方法


[0001]本专利技术属于电磁兼容测量
，具体涉及一种辐射源定位方法。

技术介绍

[0002]辐射源定位技术是电磁兼容测量领域的重要问题之一，辐射源定位对于提高电磁兼容测量设备的测试能力以及提升电磁兼容诊断水平具有重要意义。目前主要分离方法见，文献：王裕旗,孙光才,杨军,邢孟道,杨小牛,保铮,基于长合成孔径的辐射源成像定位算法”,雷达学报.2020,9(01)以及文献：张莉婷，郇浩，陶然，“基于被动合成孔径的单星无源高精度定位方法”，航天电子对抗.2020,36(06)。目前已经有研究人员将合成孔径技术用于通信基站、雷达等辐射源定位问题，但尚未见到有研究人员将该技术用于电磁兼容测量领域。
[0003]另外，目前基于合成孔径技术的定位方法主要采用频域分析方法，通过将信号分为快时间和慢时间，并设计一组频域滤波器，通过快速傅里叶变换、数据重排等技术，估计回波信号的多普勒调频率和多普勒中心频率，实现对辐射源的定位，但是该方法主要针对直线运动平台所建立的信号模型进行建模和算法设计，无法适用于复杂运动轨迹条件下的辐射源定位问题。

技术实现思路

[0004]为了将合成孔径技术用于电磁兼容测量技术，实现对确知辐射源的精确定位，提高电磁兼容测量仪器测试能力和精度，本专利技术提出了一种基于合成孔径技术的辐射源定位方法。
[0005]为了方便描述本专利技术的内容，首先作以下术语定义：
[0006]定义1：软件无线设采集设备
[0007]软件无线电采集设备是指具有射频前端、数字下变频、数据采集传输等功能的电子设备。该设备具有射频端口，如SMA型号接口，可以和射频天线连接，具有以太网口等通信接口，可以和数据处理设备连接，并将采集到的数据传递给数据处理设备。本专利技术中认为软件无线设采集设备采集到的数据为一维复数向量。软件无线设采集设备功能可通过通信端口配置，常见的配置参数包括，射频频率(或射频波长)、采样频率等。详见美国国家仪器(NI)有限公司产品手册“GETTING STARTED GUIDE USRP
‑
2950/2952/2953/2954/2955USRP Software Defined Radio Reconfigurable Device”。
[0008]定义2：接收天线
[0009]接收天线是指用于接收空间中电磁波信号的设备。天线一般包括一个射频端口，如SMA型号接口等，可以和软件无线设采集设备连接。天线可以是无源天线，如全向天线等，也可以在天线的射频端口上增加射频滤波器、低噪声放大器、隔离器等射频器件，构成有源天线，提升天线的性能指标。详见：何业军，张龙著，天线技术，清华大学出版社，2021年。
[0010]定义3：数据处理设备
[0011]数据处理设备是指用于进行数据处理、分析和显示的设备，一般由电子计算机和配套数据处理与分析软件组成。数据处理设备具有以太网接口，可以和软件无线设采集设备连接，接收软件无线电采集到的数据，并可通过在数据处理设备上编写控制软件对软件无线设采集设备进行功能配置和参数设置。
[0012]定义4：测姿定位系统
[0013]测姿定位系统是指能够获得自身位置、姿态随时间变化关系的传感器，测姿定位系统包括卫星导航定位设备、惯性导航定位设备、无线室内定位设备等。测姿定位系统可以根据实际需要安装在其它设备、结构上，用于对设备、结构进行测姿定位。测姿定位系统输出为经过解算的位置、姿态信息，并通过各种接口协议传递给数据处理设备。
[0014]定义5：安装支架
[0015]安装支架是指用于容纳、固定各种设备而定制的金属、非金属支撑结构。如机柜、机架等。
[0016]定义6：运动车辆
[0017]运动车辆是指能够通过人力、助力或自主机构运动的车辆系统，如手推车、自动导引车(AGV)等。运动车辆除了能承载设备运动外，还具有供电接口，可为设备提供电源供应。
[0018]定义7：参考信号
[0019]参考信号是指在雷达、通信等系统中用于进行匹配滤波以获得距离向分辨率，并提高信噪比的已知信号。通过将参考信号与采集到的信号进行匹配滤波，即可得到脉冲压缩后的雷达信号，常见的参考信号包括线性调频信号、伪随机码信号等，详见：Ian，G.，Cumming等著，洪文等译，《合成孔径雷达成像算法与实现》，电子工业出版社，2019年。
[0020]定义7：标准的向量最大值寻找方法
[0021]标准的向量最大值寻找方法是指寻找一个向量中最大值的方法，如遍历法等，标准的向量最大值寻找方法可获得一个向量中的最大值和最大值对应的位置，详见MATLAB，“max”函数帮助文档。
[0022]定义8：复数的能量值
[0023]复数的能量值是指对复数取模平方后得到的实数值。
[0024]定义9：标准的插值重采样方法
[0025]标准的插值重采样方法是指利用一组自变量序列(本专利技术中称为“第一自变量”)和对应的因变量序列(本专利技术中称为“第一因变量”)获得另外一组自变量序列(本专利技术中成为“第二自变量”)所对应的因变量序列的技术。插值利用自变量
‑
因变量序对获得特定的函数关系，重采样利用获得的函数关系和新的自变量序列计算对应的因变量序列。常见的插值重采样方法包括，分段线性插值、样条插值等，详见MATLAB“interp1”函数帮助文档。对于包含多个因变量分量的函数，如本专利技术中的“接收天线运动轨迹”，则需要对每个因变量分量分别进行插值和重采样。
[0026]定义10：标准的图像目标检测算法
[0027]标准的图像目标检测算法是图像处理中用于检测特定目标的方法，常见方法包括恒虚警检测法等，详见李岚、邓峰,、彭海良，“合成孔径雷达图像的恒虚警率目标检测”，华北工学院测试技术学报，2002年01期。
[0028]本专利技术的具体技术方案为：一种基于合成孔径技术的辐射源定位方法，包括如下
步骤：
[0029]步骤1、初始化辐射源定位处理参数，
[0030]所述参数包括：测试频点波长，记作λ；参考信号，记作f
ref
；系统采样频率，记作f
s
；数据预处理门限，记作Q，Q大于0且小于1；X轴方向投影栅格间隔，记作ρ
x
；Y轴方向投影栅格间隔，记作ρ
y
；投影空间起始位置x方向分量，记作x0；投影空间起始位置y方向分量，记作y0；投影空间起始位置z方向分量，记作z0；投影空间宽度，记作L
x
；投影空间长度，记作L
y
；
[0031]步骤2、测试系统构建，
[0032]将安装支架固定在运动车辆上，将软件无线电采集设备、接收天线、测姿定位系统、数据处理设备安装在安装支架上；
[0033]将软件无线电采集设备的电源接口、接收天线的电源接口、测姿定位系统的电源接口、数据处理设备的电源接口连接车本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于合成孔径技术的辐射源定位方法，包括如下步骤：步骤1、初始化辐射源定位处理参数，所述参数包括：测试频点波长，记作λ；参考信号，记作f
ref
；系统采样频率，记作f
s
；数据预处理门限，记作Q，Q大于0且小于1；X轴方向投影栅格间隔，记作ρ
x
；Y轴方向投影栅格间隔，记作ρ
y
；投影空间起始位置x方向分量，记作x0；投影空间起始位置y方向分量，记作y0；投影空间起始位置z方向分量，记作z0；投影空间宽度，记作L
x
；投影空间长度，记作L
y
；步骤2、测试系统构建，将安装支架固定在运动车辆上，将软件无线电采集设备、接收天线、测姿定位系统、数据处理设备安装在安装支架上；将软件无线电采集设备的电源接口、接收天线的电源接口、测姿定位系统的电源接口、数据处理设备的电源接口连接车辆的供电接口；将软件无线电采集设备的射频端口连接到接收天线上，将软件无线电采集设备的以太网端口连接到数据处理设备上，将测姿定位系统的输出端口连接在数据处理设备上；步骤3、采集测试数据，根据步骤1中的测试频点波长λ、系统采样频率f
s
，利用数据处理设备上的控制软件设置软件无线电采集设备的射频波长参数和采样频率参数，通过手动或自动方式控制运动车辆围绕测试区域运动；利用数据处理设备上的控制软件发出软件无线电采集设备控制指令和测姿定位系统查询指令，软件无线电采集设备根据软件无线电采集设备控制指令进行数据采集，得到电磁环境测量复向量，记作D1，并将电磁环境测量复向量D1通过以太网线传输到数据处理设备上，测姿定位系统根据测姿定位系统查询指令进行位置和姿态测量，得到接收天线运动轨迹向量，记作P，同时得到接收天线运动轨迹向量所对应的时间向量，记作T
imu
；步骤4、数据预处理，利用参考信号f
ref
对电磁环境测量复向量D1进行匹配滤波处理，得到匹配滤波后的电磁环境测量复向量D2，利用标准的向量最大值寻找方法，寻找匹配滤波后的电磁环境测量复向量D2中能量最大值，记作M，选择匹配滤波后的电磁环境测量复向量D2中能量大于Q
×
M的复数分量，得到最大值提取后的电磁环境测量复向量D3，记录最大值提取后的电磁环境测量复向量D3中每个分量在匹配滤波后的电磁环境测量复向量D2中的位置，得到最大值提取后的电磁环境测量复向量对应的时间序号，记作S3；步骤5、电磁环境测量数据与接收天线运动轨迹对齐，将最大值提取后的电磁环境测量复向量对应的时间序号S3除以系统采样频率f
s
，得到最大值提取后的电磁环境测量复向...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨顺，师君，张晓玲，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：