自旋短基线高精度测向方法技术

本发明专利技术属于信号处理和无源定位技术领域，公开了一种自旋短基线高精度测向方法

【技术实现步骤摘要】
自旋短基线高精度测向方法、系统、设备、介质及终端


[0001]本专利技术属于信号处理和无源定位
，尤其涉及一种自旋短基线高精度测向方法
、
系统
、
设备
、
介质及终端
。

技术介绍

[0002]高精度测向，是无源定位技术的基础，在信号处理领域具有举足轻重的地位
。
目前常用的比幅测向是振幅法测向体制的一种，具有技术难度小
、
瞬时带宽大
、
截获概率高
、
不受测频精度影响等优势，但由于天线的幅度方向图特性难以准确解析表达，不同天线的幅度一致性难以做到有效补偿，精度很难提高
。
干涉仪测向是相位法测向体制中最常用的方法之一，具有算法简单
、
灵敏度高
、
实时性好
、
适用天线阵型多样等优势，但其测向精度与相位模糊问题对基线长度的要求又相互矛盾，要获得较高的精度，需要增大基线长度，而基线长度超过波长的二分之一时就会造成相位模糊，且基线越长，相位模糊越严重
。
因此现有的测向体制，无论是比幅
、
传统干涉仪等技术在一定程度上均受限于基线长度
、
阵元数量
、
通道幅
/
相一致性等因素的影响，测向精度很难再获得量级上的突破
。
[0003]基于自旋短基线的高精度测向方法，在天线或载体转动过程中，接收通道幅度
/
相位的不一致带来的系统偏差被抵消，与现有的多基线干涉仪测向系统相比，大大降低系统的体积
、
功耗
、
重量和成本，且测向误差随着转动圈数增加而减小直至逼近理论最优值，并能随着目标的运动而保持稳定，具有积累后实现任意高精度测向的能力
。
[0004]通过背景分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005](1)
天线的方向图未知，拟合曲线无法精确实现，给比幅测向法测向精度很难提高；
[0006](2)
天线之间的通道幅度相位不一致性和基线波长比的不确定性导致干涉仪测向存在解模糊概率低的问题；
[0007](3)
空间谱测向阵列规模大排列复杂给实时测向及工程化带来了困难
。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种自旋短基线高精度测向方法
、
系统
、
设备
、
介质及终端
。
[0009]本专利技术是这样实现的：自旋短基线高精度测向方法，所述自旋短基线高精度测向方法利用安装在地面平台上的接收天线构成一维短基线绕某个轴旋转，构成自旋短基线，自旋短基线在多个时刻对空中辐射源辐射的多个脉冲信号形成多个相位差，每个相位差会生成一条测向线或多条测向线
(
模糊
)
，远距离视场下多条测向线必然汇聚相交于辐射源真实方向处，根据干涉仪测向精度误差理论，来波方向处于基线的法线方向时测向精度最高准则，可以通过构造网格化最优化代价函数的方法寻找代价函数的峰值点得到辐射源的真实方向
。
[0010]进一步，所述自旋短基线高精度测向方法采用自旋短基线天线接收敏感辐射源信
号，在天线或载体转动过程中，接收通道幅度
/
相位的不一致带来的系统偏差被抵消，构建误差代价函数，迭代寻找代价函数最值，确定辐射源方向
。
[0011]进一步，所述自旋短基线高精度测向方法具体包括以下步骤：
[0012]第一步，将一维短基线天线固定安装在转台上方的支撑杆上，支撑杆需随转台同步转动且保持平衡；
[0013]第二步，自动转动转台并连续采集辐射源信号，转动周期可根据转台性能可调；
[0014]第三步，对采集到的辐射源信号进行分段处理测向，记录好采用的每一段时刻并标记；
[0015]第四步，对测向结果进行统计，并与转动时刻进行匹配配对；
[0016]第五步，生成所有转动角度的时刻和最优相位差二维矩阵库；
[0017]第六步，构造代价函数，计算代价函数最优解，匹配二维矩阵库，输出测向值
。
[0018]进一步，所述自旋短基线高精度测向方法中高精度测向相位差测量影响下限：
[0019]t
时刻脉冲信号在两天线上的无模糊观测相位差为：
[0020]ψ
(t)
＝
(2
π
/
λ
)
×
u
T
h(t)
＝
(2
π
/
λ
)
×
(dsin
β
)
×
cos(
θ
t
‑
α
)
[0021]其中
λ
表示信号波长，
u
T
表示单位矢量，
h(t)
表示信号到达两天线的波程差值，
β
表示方位角，
d
表示基线长度，
θ
t
表示旋转角度，
α
表示俯仰角度
。
[0022]实际测量结果为
ψ
(t)
经2π
周期模糊后在主值区间
[
‑
π
，
π
)
内的相位差，记为：
[0023]φ
(t)
＝
mod(
ψ
(t)
，2π
)
＝
ψ
(t)
‑
c(t)
×
(2
π
)
，
[0024]其中，
c(t)
表示
t
时刻波程差值，
N
个目标脉冲在
t1，
…
，
t
N
时刻到达测向系统，对应的相位差观测序列为：
[0025][0026]其中
ε
(t
n
)
表示均值为
0、
方差为
σ2的相位差测量误差，且不同时刻的测量误差之间相互独立；
σ2表示系统综合方差值，即系统总方差；
φ
(t
n
)
，
n
＝1，
…
，
N
，表示不同时刻的相位差，且不同时刻的测量误差之间相互独立；同时基线指向没有误差，则基于观测模型得到关于目标方向参数的似然函数为：
[0027][0028]其中
θ
tn
，表示不同时刻旋转角度，
c(t
n
)
表示不同时刻
t
n
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种自旋短基线高精度测向方法，其特征在于，利用安装在地面平台上的接收天线构成一维基线绕某个轴旋转，构成自旋基线，则多个时刻自旋基线对空中辐射源辐射的多个脉冲信号形成多个相位差，每个相位差会生成一条测向线或多条测向线，远距离视场下多条测向线必然汇聚相交于辐射源真实方向处；通过构造最优化代价函数的方法寻找代价函数的峰值点得到辐射源的真实方向
。2.
如权利要求1所述的自旋短基线高精度测向方法，其特征在于，所述自旋短基线高精度测向方法采用自旋短基线天线接收感兴趣的辐射源信号，在天线或载体转动过程中，接收通道幅度
/
相位的不一致带来的系统偏差被抵消
。3.
如权利要求1所述的自旋短基线高精度测向方法，其特征在于，所述自旋短基线高精度测向方法具体包括以下步骤：第一步，将一维短基线天线固定安装在转台上方的支撑杆上，支撑杆需随转台同步转动且保持平衡；第二步，自动转动转台并连续采集辐射源信号，转动周期可根据转台性能可调；第三步，对采集到的辐射源信号进行分段处理测向，记录好采用的每一段时刻并标记；第四步，对测向结果进行统计，并与转动时刻进行匹配配对；第五步，生成所有转动角度的时刻和最优相位差二维矩阵库；第六步，构造代价函数，计算代价函数最优解，匹配二维矩阵库，输出测向值
。4.
如权利要求1所述的自旋短基线高精度测向方法，其特征在于，所述方法中高精度测向相位差测量影响下限：
t
时刻脉冲信号在两天线上的无模糊观测相位差为：
ψ
(r)
＝
(2
π
/
λ
)
×
u
T
h(t)
＝
(2
π
/
λ
)
×
(d sin
β
)
×
cos(
θ
t
‑
α
)
，其中，
λ
表示信号波长，
u
T
表示单位矢量，
h(t)
表示信号到达两天线的波程差值，
β
表示方位角，
d
表示基线长度，
θ
t
表示旋转角度，
α
表示俯仰角度；实际测量结果为
ψ
(t)
经2π
周期模糊后在主值区间
[
‑
π
,
π
)
内的相位差，记为：
φ
(t)
＝
mod(w(t),2
π
)
＝
ψ
(t)
‑
c(t)
×
(2
π
)
，其中，
c(t)
表示
t
时刻波程差值，
N
个目标脉冲在
t1,
…
,t
N
时刻到达测向系统，对应的相位差观测序列为：其中，
ε
(t
n
)
表示均值为
0、
方差为
σ2的相位差测量误差，且不同时刻的测量误差之间相互独立；
σ2表示系统综合方差值，即系统总方差；
φ
(t
n
)
，
n
＝
1,
…
,N,
表示不同时刻的相位差；同时基线指向没有误差，则基于观测模型得到关于目标方向参数的似然函数为：其中
θ
tn
表示不同时刻旋转角度，
c(t
n
)
表示不同时刻
t
n
对应的波程...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱守中，谢世星，周斌，帅博，
申请(专利权)人：湖南红船科技有限公司，
类型：发明
国别省市：