【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线电信号侦察测向，特别涉及一种基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统和方法。
技术介绍
1、无线电信号侦察测向是一种无源信号侦察方法，是通过不同方式对同一无线电发射信号进行接收处理后，通过同一目标信号的不同角度分析信号特征从而获取目标的方位角信息。
2、常规的测向方法一般为比幅测向和比相测向，以便携型超短波信号侦察测向装备为例；比幅测向主要以瓦特森-瓦特测向为主，瓦特森-瓦特测向虽然只需单个信道或者双信道处理便于小型化和一体化设计，但其对幅度和相位一致性要求非常严格；比相测向多以相关干涉仪为主，相关干涉仪阵元数量对测向精度有直接影响，在兼顾测向精度和便携性方面，相关干涉仪多以五阵元天线阵测向；
3、但由于超短波频段波长较长，天线阵尺寸较大不利于小型无人机平台装载且不利于无人机起降；相关干涉仪测向通过与相关库进行相关运算测向故需对相关库进行定期校准且每次校准时间较长。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种轻量化、低功耗的基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统和方法，无需定期校准。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统和方法采用的如下技术方案：
3、一种基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统，包括无人机平台、宽带测向天线阵、侦察测向载荷和地面遥控终端，所述宽带测向天线阵和侦察测向载荷均设置在无人机平台上；
4、无人机平台用于接收地面遥控终端下发的控制指令及任务指
5、宽带测向天线阵包括两个独立的宽频段全向接收天线，宽带测向天线阵将接收到的超短波信号输出至侦察测向载荷；
6、侦察测向载荷包括采集预处理单元和信号处理单元；宽带测向天线阵的输出端与采集预处理单元相连，采集预处理单元将预处理结果送至信号处理单元；
7、地面遥控终端包括载荷显控模块和飞控模块；载荷显控模块负责下发任务指令，同时接收侦察测向载荷上传的侦察信息，然后进行可视化显示；飞控模块负责对无人机平台进行控制指令下达。
8、优选的，所述侦察测向载荷中采集预处理单元包括两个相同的射频链路。
9、优选的，所述飞行数据包括位置信息、方位信息、高度信息和姿态信息。
10、优选的，所述的信号处理单元包括数字下变频模块、数控振荡器、数字混频器、数字低通滤波器、测向数据计算模块和测向解算模块。
11、一种基于无人机的超短波信号侦察测向定位方法，该方法包括如下步骤：
12、(1)确定任务，将侦察测向系统携带至作战区域；
13、(2)设定工作参数；
14、(3)侦察无人机起飞工作并进行设备状态自检；
15、(4)控制无人机平台飞行到达监测地点，开始侦察测向工作；
16、(5)通过宽带测向天线阵截获信号，若截获的信号为未知信号类型或已知信号类型未知频率信号，则进行告警并给出截获信号信息；若截获的信号为已知信号类型已知频率，则直接输出截获信号信息；
17、(6)完成信号截获任务后，无人机平台绕自身中心原地旋转，两个宽频段全向接收天线在不同时刻接收超短波信号，然后将接收到的超短波信号送至采集预处理单元；
18、(7)采集预处理单元进行射频信号处理，然后进行采样获取数字信号；
19、(8)将获取的数字信号送至信号处理单元，通过信号处理单元中的数字下变频模块进行数字下变频降速处理，然后通过数控振荡器、数字混频器和数字低通滤波器进行抽取滤波并输出iq信号数据；
20、(9)测向数据计算模块接收两路通道的iq数据，然后分别计算两路通道的功率谱和相位谱；
21、(10)测向解算模块提取功率谱和相位谱，并基于功率谱和相位谱计算目标信号的方位初始值和俯仰角初始值；
22、所述方位角初始值的结果为所述俯仰角初始值的结果为式中，为方位角初始值估计值；为俯仰角初始值估计值；xab为模糊数相位差初值；
23、(11)当鉴相器获得的相位存在相位模糊时，两个通道之间的相位差改写为：式中，为鉴相器获得的单基线相位差；k为模糊数；为随机相位噪声，同时在无人机进行自旋的过程中获得m条测向基线，对于每一条基线分别建立如下方程组：式中，ti代表不同采样时刻；ki为模糊数；为随机相位噪声，然后通过对各方程组的计算获得ki，当搜索目标角度与真实目标角度接近时，ki与整数最接近，此时，将测向结果输出并显示测向信息；
24、(12)根据用户选择是否需要目标定位，若用户不选择目标定位，则选择工作是否结束；若用户选择目标定位，则到达下一监测地点开始新一轮测向；
25、(13)若工作结束，则将侦察测向结果上报上级指挥中心，同时，如果选择目标定位，则进入步骤(15)，否则进入步骤(16)；
26、(14)若工作未结束，继续执行新一轮侦察测向任务，到达下一个监测地点开始测向；
27、(15)对侦察测向结果进行交叉定位解算，获得目标信号位置信息；
28、(16)结束任务，无人机返航。
29、优选的，步骤(15)中的交叉定位解算方法的解算步骤如下：
30、a)目标位置为：pu＝rk+dk，其中，rk为无人机平台位置，dk为无人机平台和目标之间的距离矢量；
31、b)针对每次侦察测向结果构成距离矢量为：式中，θk为第k次测量时的方位角；为第k次测量时的俯仰角；
32、c)由于目标位置，因此距离矢量dk无法得到，需要通过与dk正交的单位矢量相乘消除dk，在pu＝rk+dk两端同时乘
33、d)考虑噪声影响后，在n个位置测出目标方位信息计算得：其中，atdk＝0，pu为目标位置，r为平台位置信息，n为噪声项，简化为apu＝b+n；
34、e)求解目标位置信息
35、优选的，步骤(7)中的射频信号处理是通过两个射频链路实现两路超短波信号的限幅、滤波和放大；步骤(7)中的采样是通过a/d射频直接采样。
36、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
37、(1)侦察测向装置结构简单，体积小、功耗低，便于携行和快速部署操作；而且，与现有技术相比，无需通过与相关库进行相关运算测向，因此无需对相关库进行定期校准，本专利技术使用起来更加方便；
38、(2)配合无人机平台进行升空侦察，增大了侦察范围同时减少来自周边的干扰信号，减少了路径损耗、降低了地面引起的多径效应，提高了测向和定位精度；
39、(3)可根据侦察目标及任务环境情况分析，自由选择测向旋转圈数实现更高精度的测向。
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1.一种基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统，其特征在于：包括无人机平台、宽带测向天线阵、侦察测向载荷和地面遥控终端，所述宽带测向天线阵和侦察测向载荷均设置在无人机平台上；
2.根据权利要求1所述的基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统，其特征在于：所述侦察测向载荷中采集预处理单元包括两个相同的射频链路。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统，其特征在于：所述飞行数据包括位置信息、方位信息、高度信息和姿态信息。
4.根据权利要求1所述的基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统，其特征在于：所述的信号处理单元包括数字下变频模块、数控振荡器、数字混频器、数字低通滤波器、测向数据计算模块和测向解算模块。
5.一种基于无人机的超短波信号侦察测向定位方法，其特征在于：包括权利要求1-4中任一项所述的基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统，该方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于无人机的超短波信号侦察测向定位方法，其特征在于，步骤(15)中的交叉定位解算方法的解算步骤如下：
7.根据权
...【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统，其特征在于：包括无人机平台、宽带测向天线阵、侦察测向载荷和地面遥控终端，所述宽带测向天线阵和侦察测向载荷均设置在无人机平台上；
2.根据权利要求1所述的基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统，其特征在于：所述侦察测向载荷中采集预处理单元包括两个相同的射频链路。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统，其特征在于：所述飞行数据包括位置信息、方位信息、高度信息和姿态信息。
4.根据权利要求1所述的基于无人机的超短波信号侦察测向定位系统，其特征在于：所述的信号处理单元包括数字下变频模块、...
【专利技术属性】
技术研发人员：尤逸，力智，周吉，张超，
申请(专利权)人：扬州通信设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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