一种基于均匀圆阵的干涉仪测向方法技术

本发明专利技术属于电子侦察技术领域，涉及一种基于均匀圆阵的干涉仪测向方法。本发明专利技术提供了一种利用基于均匀圆阵的干涉仪测向方法，结合比幅法和比相法，利用均匀阵列能够提供全方位的方位角的特性和天线不同俯仰角的方向图差异性，通过查询数据库的方法，进行干涉仪测向，完成信号源的方向测量估计。本发明专利技术的有益效果为，本发明专利技术可以进行实现比相法测向的360

【技术实现步骤摘要】
一种基于均匀圆阵的干涉仪测向方法


[0001]本专利技术属于电子侦察
，涉及一种基于均匀圆阵的干涉仪测向方法。

技术介绍

[0002]目前，信号探测通常采取有源探测与无源探测两种方式。有源探测是指探测设备主动对外辐射信号，然后接收目标物体所反射的信号对目标位置完成测向，但随着电子干扰与反辐射等雷达对抗技术的逐渐成熟，以雷达为代表的有源探测技术受到了日益严重的挑战与威胁。而无源探测是指不需要探测设备主动向外辐射信号，仅利用目标辐射源向外辐射的信号对目标进行测向，确定目标位置。无源测向与有源测向系统相比，具有抗干扰能力强、低空探测能力强、频率覆盖范围广、作用距离远和设备便携性好等优点。常见的无源测向方法主要有振幅法测向、相位法测向、空间谱测向等。
[0003]比幅法和比相法是最常用的无源测向方法，具有方法实现简单的特点，一般采用多个独立的天线组成覆盖360
°
方位的天线阵列，以比相测向法为主的天线阵列称为干涉仪。在均匀圆阵干涉仪的实际测向过程中，由于目标信号相对于接收机通常会存在一定的俯仰角，而不同俯仰角下的天线方向图不相同，因此俯仰角会导致阵元接收信号的相位和幅度产生偏移，从而使测向结果与无俯仰角条件下的结果出现较大的偏差。通过结合比幅法和比相法的测量结果，在使用实际阵元方向图构造的数据库中进行搜索，可以利用天线不同俯仰角的方向图信息达到校正俯仰角引起的幅相偏移的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的，是针对上述问题，提供了一种基于均匀圆阵的干涉仪测向方法，结合比幅法和比相法，利用圆阵天线能够覆盖360
°
全方位的方位角的特性和天线不同俯仰角下的方向图差异性，通过查询数据库的方法，进行干涉仪测向，完成信号源的方向测量估计。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种基于均匀圆阵的干涉仪测向方法，结合比幅法和比相法两个维度的信息，基于实际的天线方向图构造邻近阵元不同方位角和俯仰角的功率比和相位差数据库，通过在实际天线方向图构造的数据库内搜索距离邻近天线的信号相位差和功率比的测量值最近的数据位置实现校正俯仰角引起的幅相偏移，图1所示为该技术方案的流程示意图。下述步骤为相对于均匀圆阵接收信号最强的天线俯仰角θ、方位角处的信号入射方向估计，包括以下步骤：
[0007]S1、根据干涉仪的使用场景确定每个阵元的实际使用的俯仰角范围和方位角范围，利用实际天线阵元方向图生成指定俯仰角和方位角范围内的相邻阵元功率比值查询表和相位差查询表，以图2所示均匀圆阵干涉仪天线阵列为例，沿整个圆周上，设定有2N个按等间距排列的相同天线阵元，天线坐标系俯仰角θ的定义为信号入射方向与垂直于阵元排列平面向上的方向的夹角，信号相对俯仰角θ
r
定义为信号入射方向与阵元平面间的夹角，
相对方位角定义为信号入射方向在阵元排列平面的投影与阵元方向图方位角参考方向的夹角，全局方位角定义为信号入射方向与阵元平面参考基准方向的夹角。
[0008]由于阵列结构对称性，任意信号的入射角处于某个天线阵元的方位角(90/N)
°
的范围之内，故方位角范围为天线阵元的方位角(90/N)
°
，天线阵元指向的方向对应于其自身方向图的故的取值范围为90
±
(90/N)
°
。根据该天线的应用场景确定相对阵元所在平面的俯仰角范围为θ
r1
～θ
r2
(θ
r1
>θ
r2
)(规定入射方向在平面上方的俯仰角为正)，即θ取值范围为90
‑
θ
r1
～90
‑
θ
r2
。
[0009]测向原理为根据接收信号最强阵元的序号m和相邻的信号第二强阵元的序号n确定信号入射方向所在区域，利用天线方向图幅度响应和相位响应的差异与相对入射角的关系构造距离查询表，然后根据两阵元信号功率比值和相位差测量结果在查询表内搜索距离最近的点的位置，该位置作为信号相对接收信号最强阵元的相对入射角的估计。以1
°
为间隔制作功率比查询表A和相位差查询表P，A和P均为|θ
r2
‑
θ
r1
+1|
×
(180/N+1)的矩阵，设天线方向图为F，则：
[0010][0011][0012][0013][0014]其中，i＝1～|θ
r2
‑
θ
r1
+1|为查询表矩阵的行号，对应于信号相对于接收信号最强天线的相对俯仰角θ，j＝1
‑
(180/N+1)，对应于信号相对方位角为信号相对于信号接收信号第二强阵元的相对方位角，表示天线方向图的模值，表示天线方向图的相位，A(i,j)是此时接收信号最强天线和第二强天线功率响应的比值，P(i,j)是此时两天线相位响应的差，然后对两个查询表进行动态范围归一化：
[0015][0016][0017]其中，max(A)表示矩阵A中元素的最大值，min(A)表示矩阵A中元素的最小值，A除以一个常数等价于A中每个元素均除以该常数。
[0018]S2、通过测量得到的与信号入射方向相邻两个阵元的功率比值和相位差分别为其中均为接收信号最强的阵元的功率和相位除以或减去信号第二强阵元的功率和相位。假设信号入射方向如图3所示，信号相对入射角为α，则阵元m与阵元n之间的相位差由下式给出：
[0019][0020]其中，d为天线阵元的基线长度，λ为信号载波中心频率对应的波长，α为信号相对于接收信号最强阵元的相对入射角。基于上述查询表A、P构造距离查询表D：
[0021][0022][0023]其中距离的定义采用1
‑
范数，表示A的每个元素均减去argminD(i,j)表示当D(i,j)取最小值时(i,j)的值，通过在D中搜索最小值的横纵坐标得到信号相对于接收信号最强天线的相对入射角和相对于阵元平面俯仰角估计值
[0024][0025][0026]最后，通过接收信号最强阵元的序号和得到的信号相对入射角查表获得信号入射方位角
[0027]本专利技术的有益效果为，本专利技术可以进行实现比相法测向的360
°
全向测向，并校正俯仰角引起的幅相偏移，从而有效提高测向精度，较准确估计信号的入射角信息，在高信噪比条件下可以较准确估计出俯仰角信息，方法简单，效果良好。
附图说明
[0028]图1技术方案流程图。
[0029]图2均匀圆阵干涉仪阵元平面俯视示意图。
[0030]图3干涉仪测向示意图。
[0031]图4俯仰角为0度时，天线单元相位响应方向图和功率响应方向图。
[0032]图5俯仰角为30度时，天线单元相位响应方向图和功率响应方向图。
[0033]图6圆阵比幅曲线图和比相曲线图。
[0034]图7 20dB信噪比，不同相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于均匀圆阵的干涉仪测向方法，定义均匀圆阵接收信号最强的天线俯仰角为θ、方位角为其特征在于，包括以下步骤：S1、根据干涉仪的使用场景确定每个阵元的实际使用的俯仰角范围和方位角范围，利用实际天线阵元方向图生成指定俯仰角和方位角范围内的相邻阵元功率比值查询表和相位差查询表，具体为：沿均匀圆阵整个圆周上，设定有2N个按等间距排列的相同天线阵元，天线坐标系俯仰角θ的定义为信号入射方向与垂直于阵元排列平面向上的方向的夹角，信号相对俯仰角θ
r
定义为信号入射方向与阵元平面间的夹角，相对方位角定义为信号入射方向在阵元排列平面的投影与阵元方向图方位角参考方向的夹角，全局方位角定义为信号入射方向与阵元平面参考基准方向的夹角；由于阵列结构对称性，任意信号的入射角处于某个天线阵元的方位角(90/N)
°
的范围之内，故方位角范围为天线阵元的方位角(90/N)
°
，天线阵元指向的方向对应于其自身方向图的故的取值范围为90
±
(90/N)
°
；根据该天线的应用场景确定相对阵元所在平面的俯仰角范围为θ
r1
～θ
r2
(θ
r1
>θ
r2
)，即θ取值范围为90
‑
θ
r1
～90
‑
θ
r2
；测向原理为根据接收信号最强阵元的序号m和相邻的信号第二强阵元的序号n确定信号入射方向所在区域，利用天线方向图幅度响应和相位响应的差异与相对入射角的关系构造距离查询表，然后根据两阵元信号功率比值和相位差测量结果在查询表内搜索距离最近的点的位置，该位置作为信号相对接收信号最强阵元的相对入射角的估计，以1
°
为间隔制作功率比...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锐其，周思余，张浩，刘亮，甘露，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：