一种基于等势寻优的单波束测向系统技术方案

本发明专利技术一种基于等势寻优的单波束测向系统，包括等势搜索模块、偏心搜索模块、方位角计算模块、仰角计算模块、测向天线、接收机。在方位角计算模块中，根据偏心搜索模块输出的偏心扫描曲线，提取曲线的正交分量，计算扫描曲线的初相位，即为方位角信息；在仰角计算模块中，根据方位角计算模块输出的方位角信息，等间隔划分仰角，并圆周扫描，找出扫描能量最小的仰角，即为干扰源几何位置对应的仰角。方案仅需要单通道单波束，工程实现简单的优点，通信卫星干扰源测向应用中，方案利用现有通信卫星的天线和接收机，不需要额外增加硬件，且为单星干扰源测向体制，具有广阔的发展空间和应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于等势寻优的单波束测向系统


[0001]本专利技术涉及一种基于等势寻优的单波束测向系统，属于利用单天线单通道干扰源测向


技术介绍

[0002]目前国际上成熟运转、性能良好的卫星干扰定位系统均采用双星定位结构，目前双星定位系统中，以美国Kratos的satid定位精度最高，可以达到5km以内，是双星结构是现今干扰源定位的研究重点。但双星干扰源定位结构，其系统构成复杂，工程实现成本大。为此，单星干扰源定位也是一个重要的研究方向，单星干扰源定位常用的方法是干涉仪测向、比幅测向以及空间谱估计(MUSIC、ESPRIT)等测向方法，其中比幅测向实现结构简单，但精度有限；干涉仪及空间谱的方法，测向精度高，却需要天线阵列及多个接收通道，实现复杂，难以满足干扰源定位的特殊应用场景要求。为此，基于通信卫星现有平台与资源，项目的单波束干单通道对干扰源进行测向与定位，具有重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种基于等势寻优的单波束测向系统，解决通信卫星干扰源测向的问题，本专利技术的优势在于不需要增加专门的测向设备，利用通信卫星现有的天线与通道，即可完成干扰源测向，具有测向系统工程实现简单、测向精度高的优点。
[0004]本专利技术解决的技术方案为：一种基于等势寻优的单波束测向系统，包括：等势搜索模块、偏心搜索模块、方位角计算模块、仰角计算模块、测向天线模块；测向天线模块包括测向天线和接收机；
[0005]测向天线模块中测向天线能够接收干扰源辐射的电磁信号，并送至接收机，通过接收机进行信号滤波与放大后送至等势搜索模块。
[0006]等势搜索模块，对水平搜索区域等间隔划分，得到划分后的水平搜索区域的数量m；并对垂直搜索区域等间隔划分，得到划分后的垂直搜索区域的数量n；
[0007]根据划分后的水平搜索区域的数量m和划分后的垂直搜索区域的数量n，确定干扰源辐射信号能量矩阵P
m，n
；
[0008]对能量矩阵P
m，n
中的元素进行逐行搜索，提取整个能量矩阵最大元素对应的水平方向坐标m_max和垂直方向坐标n_max；
[0009]根据整个能量矩阵最大元素对应的水平方向坐标m_max，确定干扰源水平方向角度pha_x1；根据整个能量矩阵最大元素对应的垂直方向坐标n_max，确定干扰源垂直方向角度pha_y1；
[0010]根据干扰源水平方向角度pha_x1、干扰源垂直方向角度pha_y1，确定干扰源的初方位角pha_ini与初仰角theta_t_ini；
[0011]等势搜索模块将估计的初方位角pha_ini和初仰角theta_t_ini输出到偏心搜索
模块。
[0012]偏心搜索模块，设定方位角偏差pha_delta、仰角偏差theta_t_delta，根据等势搜索模块确定的初方位角pha_ini和初仰角theta_t_ini以及定义的方位角偏差pha_delta，仰角偏差theta_t_delta，确定测向天线的偏心方位角pha和偏心仰角theta_t；
[0013]根据测向天线的偏心方位角pha和偏心仰角theta_t，控制测向天线，围绕干扰源位置，进行偏心圆锥扫描，得到与扫描时间序列对应的测向天线接收到的干扰源能量序列U
r
；
[0014]偏心搜索模块输出与扫描时间对应的测向天线接收到的干扰源能量序列U
r
至方位角计算模块。
[0015]方位角计算模块，根据偏心搜索模块得到的与扫描时间对应的测向天线接收到的干扰源能量序列U
r
，计算测向天线扫描的水平分量U
rx
和垂直分量U
ry
，根据测向天线扫描的水平分量U
rx
和垂直分量U
ry
，得到干扰源精方位角pha_estimate；
[0016]方位角计算模块输出精方位角pha_estimate到仰角计算模块。
[0017]仰角计算模块，根据方位角计算模块输出的精方位角pha_estimate，在精方位角方向，以设定的步长theta_delta等间隔对初仰角theta_t_ini划分，得到仰角序列theta_seri(1:i:s)；按照该仰角序列，对干扰源进行圆锥扫描得到相应的能量序列U
r
(1:i:s)；
[0018]根据能量序列U
r
(1:i:s)，计算测向天线对干扰源圆锥扫描一个周期T接收到干扰源能量P(1:i:s)；搜索P(1:i:s)最小值对应的序号，记为i_min，在仰角序列theta_seri(1:i:s)中搜索序号i_min对应的精仰角，得到的搜索序号i_min对应的精仰角theta_estimate，结合偏心角计算模块输出的精方位角pha_estimate，即为干扰源单波束测向结果。
[0019]优选的，偏心角搜索模块，根据确定的测向天线的偏心方位角pha和偏心仰角theta_t，对干扰源位置进行偏心圆锥扫描，得到测向天线接收到的干扰源能量序列U
r
，该序列包含了干扰源相对于测向天线的精仰角和精方位角信息；
[0020]优选的，方位角计算模块，根据干扰源能量序列U
r
，计算测向天线扫描的水平分量U
rx
和垂直分量U
ry
，根据测向天线扫描的水平分量U
rx
和垂直分量U
ry
，直接得到干扰源精方位角pha_estimate，最少仅需一个圆锥扫描，即可获得干扰源相对于测向天线的精方位角信息，具有测向简单、时效高的优点；
[0021]优选的，仰角计算模块，根据精方位角pha_estimate，在精方位角方向，以设定的步长theta_delta等间隔对初仰角theta_t_ini划分，得到仰角序列theta_seri(1:i:s)；按照该仰角序列，对干扰源进行圆锥扫描得到相应的能量序列U
r
(1:i:s)，计算测向天线对干扰源圆锥扫描一个周期T接收到干扰源能量P(1:i:s)，搜索P(1:i:s)最小值对应的序号，记为i_min，在仰角序列theta_seri(1:i:s)中搜索序号i_min对应的精仰角，得到的搜索序号i_min对应的精仰角theta_estimate；
[0022]优选的，根据测向天线的偏心方位角和偏心仰角，控制测向天线，围绕干扰源，进行偏心圆锥扫描，具体为：根据第一步搜索得到的初方位角pha_ini和初仰角theta_t_ini，由偏心角搜索模块，围绕干扰源进行偏心圆锥扫描，干扰源能量序列U
r
，在方位角计算模块计算精方位角pha_estimate，在仰角计算模块搜索精仰角theta_estimate，即为干扰源相对于天线的三维空间测向信息。
[0023]优选的，一种基于等势寻优的单波束测向方法，步骤如下：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等势寻优的单波束测向系统，其特征在于包括：等势搜索模块、偏心搜索模块、方位角计算模块、仰角计算模块、测向天线模块；测向天线模块包括测向天线和接收机；测向天线模块中测向天线能够接收干扰源辐射的电磁信号，并送至接收机，通过接收机进行信号滤波与放大后送至等势搜索模块；等势搜索模块，对水平搜索区域等间隔划分，得到划分后的水平搜索区域的数量m；并对垂直搜索区域等间隔划分，得到划分后的垂直搜索区域的数量n；根据划分后的水平搜索区域的数量m和划分后的垂直搜索区域的数量n，确定干扰源辐射信号能量矩阵P
m，n
；对能量矩阵P
m，n
中的元素进行逐行搜索，提取整个能量矩阵最大元素对应的水平方向坐标m_max和垂直方向坐标n_max；根据整个能量矩阵最大元素对应的水平方向坐标m_max，确定干扰源水平方向角度pha_x1；根据整个能量矩阵最大元素对应的垂直方向坐标n_max，确定干扰源垂直方向角度pha_y1；根据干扰源水平方向角度pha_x1、干扰源垂直方向角度pha_y1，确定干扰源的初方位角pha_ini与初仰角theta_t_ini；等势搜索模块将估计的初方位角pha_ini和初仰角theta_t_ini输出到偏心搜索模块；偏心搜索模块，设定方位角偏差pha_delta、仰角偏差theta_t_delta，根据等势搜索模块确定的初方位角pha_ini和初仰角theta_t_ini以及定义的方位角偏差pha_delta，仰角偏差theta_t_delta，确定测向天线的偏心方位角pha和偏心仰角theta_t；根据测向天线的偏心方位角pha和偏心仰角theta_t，控制测向天线，围绕干扰源位置，进行偏心圆锥扫描，得到与扫描时间序列对应的测向天线接收到的干扰源能量序列U
r
；偏心搜索模块输出与扫描时间对应的测向天线接收到的干扰源能量序列U
r
至方位角计算模块；方位角计算模块，根据偏心搜索模块得到的与扫描时间对应的测向天线接收到的干扰源能量序列U
r
，计算测向天线扫描的水平分量U
rx
和垂直分量U
ry
，根据测向天线扫描的水平分量U
rx
和垂直分量U
ry
，得到干扰源精方位角pha_estimate；方位角计算模块输出精方位角pha_estimate到仰角计算模块；仰角计算模块，根据方位角计算模块输出的精方位角pha_estimate，在精方位角方向，以设定的步长theta_delta等间隔对初仰角theta_t_ini划分，得到仰角序列；按照该仰角序列，对干扰源进行圆锥扫描得到相应的能量序列；根据能量序列，计算测向天线对干扰源圆锥扫描一个周期T接收到干扰源能量；搜索干扰源能量中最小值对应的序号，记为i_min，在仰角序列中搜索序号i_min对应的精仰角，得到的搜索序号i_min对应的精仰角theta_estimate，结合偏心角计算模块输出的精方位角pha_estimate，即为干扰源单波束测向结果。2.根据权利要求1所述的一种基于等势寻优的单波束测向系统，其特征在于：偏心角搜索模块，根据确定的测向天线的偏心方位角pha和偏心仰角theta_t，对干扰源位置进行偏心圆锥扫描，得到测向天线接收到的干扰源能量序列U
r
，该序列包含了干扰源相对于测向天线的精仰角和精方位角信息。3.根据权利要求1所述的一种基于等势寻优的单波束测向系统，其特征在于：方位角计
算模块，根据干扰源能量序列U
r
，计算测向天线扫描的水平分量U
rx
和垂直分量U
ry
，根据测向天线扫描的水平分量U
rx
和垂直分量U
ry
，直接得到干扰源精方位角pha_estimate，最少仅需一个圆锥扫描，即可获得干扰源相对于测向天线的精方位角信息，测向简单、时效高。4.根据权利要求1所述的一种基于等势寻优的单波束测向系统，其特征在于：仰角计算模块，根据精方位角pha_estimate，在精方位角方向，以设定的步长theta_delta等间隔对初仰角theta_t_ini划分，得到仰角序列theta_seri(1:i:s)；按照该仰角序列，对干扰源进行圆锥扫描得到相应的能量序列U
r
(1:i:s)，计算测向天线对干扰源圆锥扫描一个周期T接收到干扰源能量P(1:i:s)，搜索P(1:i:s)最小值对应的序号，记为i_min，在仰角序列theta_seri(1:i:s)中搜索序号i_min对应的精仰角，得到的搜索序号i_min对应的精仰角theta_estimate。5.根据权利要求1所述的一种基于等势寻优的单波束测向系统，其特征在于：根据测向天线的偏心方位角和偏心仰角，控制测向天线，围绕干扰源，进行偏心圆锥扫描，具体为：根据第一步搜索得到的初方位角pha_ini和初仰角theta_t_ini，由偏心角搜索模块，围绕干扰源进行偏心圆锥扫描，干扰源能量序列U
r
，在方位角计算模块计算精方位角pha_estimate，在仰角计算模块搜索精仰角theta_estimate，即为干扰源相对于天线的三维空间测向信息。6.一种基于等势寻优的单波束测向方法，其特征在于步骤如下：(1)测向天线能够接收干扰源辐射的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马定坤，徐常志，邵应昭，杜宇，平一帆，王苏君，郑小松，
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：