一种测向定位系统相关干涉仪测向方法技术方案

本发明专利技术公开了一种测向定位系统相关干涉仪测向方法，包括：建立入射角度与导向矢量之间的映射关系，构建导向矢量库；终端按协议广播带有标志信息与正弦波的数据包信号；基站接收识别到标志信息后，控制射频开关按预设的顺序分时选通天线接收数据包信号中的正弦波信号；再对接收信号进行预处理，消除射频通道、收发载频失配引起的相位差异并构造多通道接收信号；基于二维分级搜索算法，结合导向矢量库取得导向矢量，计算信号S及其能量，取能量最强的角度作为信号到达角的估计值。本发明专利技术能够使基站快速获得准确地估计终端广播信号到达角度，具有较低的复杂度与成本。具有较低的复杂度与成本。具有较低的复杂度与成本。

【技术实现步骤摘要】
一种测向定位系统相关干涉仪测向方法


[0001]本专利技术涉及无线电信号测向
，特别涉及一种测向定位系统相关干涉仪测向方法。

技术介绍

[0002]无线电测向的目的是探测辐射源的来波方向，在军用、民用领域有广泛应用，如电子侦察、雷达、二次雷达、移动通信、室内定位等。相较于其他测向方法，相位干涉仪测向法具有结构简单，易于实现的优点。相对于其他阵型，圆阵在二维测向具有更高的阵面空间利用率。在大多情况下，一般使用均匀圆阵。
[0003]测向定位系统在基站前端应用相位干涉仪测向算法时，面临通道数多、数据量大、实时性差等问题，本专利技术通过优化基站天线阵列设计、采用时分模式设计单个接收处理器的天线通道选通顺序，降低了基站成本并减少了数据量，但同时使得接收信号模型发生变化，导致相位干涉仪测向算法无法使用。因此，本专利技术根据基站到达角度观测范围、角度观测步进长度、测向天线阵列流形以及载波波长等信息，建立入射角度与导向矢量之间的映射关系，构建导向矢量库；本专利技术根据天线通道选通顺序设计重新构建接收信号模型；本专利技术设计基于总体搜索次数最小化原则的M级二维分级搜索策略，将第M级能量最大对应的俯仰角、方位角作为到达角度估计值。本专利技术能够使基站快速获得准确地估计终端广播信号到达角度，具有较低的复杂度与成本。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种测向定位系统相关干涉仪测向方法，能够使基站快速获得准确地估计终端广播信号到达角度，具有较低的复杂度的技术特点。
[0005]为了达到上述专利技术目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0006]一种测向定位系统相关干涉仪测向方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：根据基站到达角度观测范围、角度观测步进长度、测向天线阵列流形以及载波波长信息，建立入射角度与导向矢量之间的映射关系，构建导向矢量库；
[0008]步骤S2：终端广播带有标志信息的数据包信号，数据包信号中包含一段连续的正弦波信号用于测向；
[0009]步骤S3：基站的中心通信天线接收识别到标志信息后，基站控制射频开关按预设的顺序分时选通测向天线与通信天线接收数据包信号中的正弦波信号；
[0010]步骤S4：对接收信号进行预处理，消除射频通道相位差异、收发载频失配引起的相位差异，构造多通道接收信号R；
[0011]步骤S5：基于二维分级搜索算法，结合导向矢量库取得导向矢量A，计算S＝A
H
R，及其能量，取能量最强的角度作为估计值。
[0012]进一步的，所述步骤S1中包括以下步骤：
[0013]步骤S11：基站包含一个阵列天线，阵列天线由一个通信天线阵元与N个测向天线阵元组成，测向天线沿半径为R＝λ/2的圆周均匀分布，λ为载波波长，阵元间隔弧度ω＝2π/N，依次编号1,2,...,N，且阵元1在X轴上，通信天线阵元位于均匀圆阵圆心处，编号为0；
[0014]步骤S12：俯仰角θ为信号入射方向与XOY平面夹角，其最大值、最小值以及步进长度分别为θ
max
，θ
min
以及θ
step
；
[0015]方位角为信号入射方向在XOY平面的投影与X轴的夹角，其最大值、最小值以及步进长度分别为以及
[0016]俯仰角θ与方位角对应的导向矢量为：
[0017][0018]其中，
[0019][0020]步骤S13：根据俯仰角与方位角观测范围[θ
min
,θ
max
]与步进长度θ
step
与以及构建全部俯仰角、方位角组合的导向矢量库。
[0021]进一步的，所述步骤S2中包括以下步骤：
[0022]步骤S21：标志信息至少包括用于识别区分终端的MAC地址与用于识别包含正弦波的特征标识码；
[0023]步骤S22：正弦波信号s(t)由测向信息码经调制后生成,频率为f
sin
，即s(t)＝exp{j2πf
sin
t}。
[0024]进一步的，所述步骤S3中包括以下步骤：
[0025]步骤S31：射频开关选通通信天线接收空间无线电信号；
[0026]步骤S32：当检测到用于识别包含正弦波的特征标识码时，基站控制射频开关按预设的顺序分时选通测向天线与通信天线接收正弦波信号；
[0027]步骤S33：预设的阵元选通顺序为通信天线阵元、测向天线阵元、通信天线阵元、测向天线阵元交替选通，可选的，循环几轮选通顺序，最终选通通信天线阵元；
[0028]步骤S34：选通时长T
sw
，且2f
sin
T
sw
为整数；
[0029]步骤S35：选通阵元接收波长为λ由天线阵俯仰角θ、方位角方向的正弦波信号s(t)时，存在s(t
‑
2T
sw
)＝exp{j(2πf
sin
t
‑
2π
·
2f
sin
T
sw
)}＝exp{j2πf
sin
t}＝s(t)；
[0030]当通信天线选通时，即i＝0,n＝0,2,...,2N
‑
2时，
[0031]y
i
(t)＝s(t
‑
nT
sw
)exp{j2πΔf(t
‑
nT
sw
)}，
[0032]当测向天线选通时，即i＝1,...,N,n＝1,3,...,2N
‑
1时，
[0033][0034]其中，Δf为收发载频失配引起的频率差异；
[0035]步骤S36：收发载频失配是由终端
‑
基站之间相互运动引入的多普勒频偏与收发本振失配共同作用产生的。
[0036]进一步的，所述步骤S4中包括以下步骤：
[0037]步骤S41：补偿射频通道相位差异，相位差异通过天线阵远场法线方向的静止信号源进行标校；
[0038]步骤S42：补偿收发载频失配引起的相位差异，并构造多通道接收信号r
i
(t)，i＝1,2,...,N，满足：
[0039][0040]其中，exp{jγ}为常量，得到：
[0041][0042]进一步的，所述步骤S5中包括以下步骤：
[0043]步骤S51：采用M级二维分级搜索，根据总体搜索次数最小化原则，确定各级俯仰角、方位角范围长度，段数，段长；
[0044]步骤S52：从第一级开始，根据各级搜索中，各段俯仰角方位角组合对应的导向矢量A，计算全部组合S＝A
H
R及其能量P＝∑|s
i
|2，s
i
为数据矢量S中的第i个元素，选择能量最大对应的俯仰角、方位角所在段作为下一级搜索范围，直到第M级；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测向定位系统相关干涉仪测向方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据基站到达角度观测范围、角度观测步进长度、测向天线阵列流形以及载波波长信息，建立入射角度与导向矢量之间的映射关系，构建导向矢量库；步骤S2：终端广播带有标志信息的数据包信号，数据包信号中包含一段连续的正弦波信号用于测向；步骤S3：基站的中心通信天线接收识别到标志信息后，基站控制射频开关按预设的顺序分时选通测向天线与通信天线接收数据包信号中的正弦波信号；步骤S4：对接收信号进行预处理，消除射频通道相位差异、收发载频失配引起的相位差异，构造多通道接收信号R；步骤S5：基于二维分级搜索算法，结合导向矢量库取得导向矢量A，计算S＝A
H
R，及其能量，取能量最强的角度作为估计值。2.根据权利要求1所述的一种测向定位系统相关干涉仪测向方法，其特征在于，所述步骤S1中包括以下步骤：步骤S11：基站包含一个阵列天线，阵列天线由一个通信天线阵元与N个测向天线阵元组成，测向天线沿半径为R＝λ2的圆周均匀分布，λ为载波波长，阵元间隔弧度ω＝2π/N，依次编号1,2,...,N，且阵元1在X轴上，通信天线阵元位于均匀圆阵圆心处，编号为0；步骤S12：俯仰角θ为信号入射方向与XOY平面夹角，其最大值、最小值以及步进长度分别为θ
max
，θ
min
以及θ
step
；方位角为信号入射方向在XOY平面的投影与X轴的夹角，其最大值、最小值以及步进长度分别为以及俯仰角θ与方位角对应的导向矢量为：其中，步骤S13：根据俯仰角与方位角观测范围[θ
min
,θ
max
]与步进长度θ
step
与以及构建全部俯仰角、方位角组合的导向矢量库。3.根据权利要求1所述的一种测向定位系统相关干涉仪测向方法，其特征在于，所述步骤S2中包括以下步骤：步骤S21：标志信息至少包括用于识别区分终端的MAC地址与用于识别包含正弦波的特征标识码；步骤S22：正弦波信号s(t)由测向信息码经调制后生成,频率为f
sin
，即s(t)＝exp{j2π
f
sin
t}。4.根据权利要求1所述的一种测向定位系统相关干涉仪测向方法，其特征在于，所述步骤S3中包括以下步骤：步骤S31：射频开关选通通信天线接收空间无线电信号；步骤S32：当检测到用于识别包含正弦波的特征标识码时，基站控制射频开关按预设的顺序分时选通测向天线与通信天线接收正弦波信号；步骤S33：预设的阵元选通顺序为通信天线阵元、测向天线阵元、通信天线阵元、测向天线阵元交替选通，可选的，循环几轮选通顺序，最终选通通信天线阵元；步骤S34：选通时长T
sw
，且2f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周昊苏，吕振彬，刘真富，左惠文，刘柳，陆文斌，
申请(专利权)人：上海航天测控通信研究所，
类型：发明
国别省市：