[发明专利]一种多基线相位搜索式二维空间谱测向方法

说明书

技术领域

本发明涉及测向技术领域，具体涉及一种多基线相位搜索式二维空间谱测向方法，用于二维空间谱的到达角的估计。

背景技术

随着阵列信号处理技术的不断发展，无源定位技术对于测向算法的要求也越来越高。测向算法按其原理不同可分为比幅法测向、相位法测向、幅相结合法测向、时差测向、空间谱估计测向等。相位法测向中应用最广泛的是多基线相位干涉仪技术和多基线相关干涉仪技术，它们在电子对抗、辐射源定位等领域中已获得广泛应用。

相位法测向技术发展到如今已经形成许多成熟的方法，如文献1[谌丽，陈吴，肖先赐，“五元均匀圆阵干涉仪加权测向算法及解相位模糊的条件”，《电子对抗》，2004，(1)：8～12]提出的五元均匀圆阵干涉仪加权测向算法、文献2[陈旗，黄高明，宋士琼，“九元均匀圆阵干涉仪测向体制中圆阵的设计研究”，中国电子学会电子对抗分会第十四届学术年会论文集，2005，(1)：717～721]提出的九元均匀圆阵干涉仪测向体制中圆阵的设计问题等。现有的多基线相位干涉仪测向技术需要以适当方法求得任意两天线接收信号的相位差并对其解模糊，然后通过反三角函数运算得到信号入射角。当外部电磁环境恶劣而导致相位差计算误差较大或基线解模糊偏差较大时，会严重影响DOA估计的精度甚至出现方法失效的情况发生。此外，在非同频多源信号入射时，相位干涉仪测向算法必须改为相位谱(互相关谱)干涉仪算法才能避免算法失灵的情况。但在同频多源、多径信号同时出现时，上述各种方法均将失效。基于多重信号分类的空间谱估计(MUSIC)方法能应付此类情况，但计算量很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多基线相位搜索式二维空间谱测向方法，该方法兼顾测向精度和可靠性、能够应对同频/非同频多源多径信号情况的测向。

本发明提供的一种多基线相位搜索式二维空间谱测向方法，首先构造阵列流型，然后计算各基线上两个天线接收信号的互相关，并对每根基线构造空间谱函数；最后构造多基线的总空间谱函数，并进行二维搜索，得到信号入射角。

本发明利用多条基线上的天线接收信号构造空间谱函数，然后在平面上进行二维搜索，最终可以得到单信号、同频/非同频多信号的测向结果。本方法具有以下特点：

(1)方法简单，易于实现，不需要专门的相位解模糊过程，测向精度高；

(2)不受信号入射角分布区域局限，能够估计任意方向的信号到达角；

(3)受天线阵外部环境影响小，能够实现单信号、同频/非同频的多源多径信号的二维测向，克服了一般相位法测向技术无法处理同频多信号测向的问题。

本发明与其它方法比较，不需要专门的相位解模糊过程，算法极易实现；同时，由于直接利用接收信号快拍构造空间谱，不需要反三角函数运算来得到相位差和信号入射角，即使在相位差出现高误差的情况下也不会出现算法完全失效的情况。最重要的还在于，此算法能有效应对信源个数和环境因素的影响，在同频/非同频多源多径信号入射情况下仍可应用。

附图说明

图1是多基线相位搜索式空间谱测向方法的流程图；

图2是构造的第一种空间谱函数的三维空间谱图；

图3是构造的第二种空间谱函数的三维空间谱图。

具体实施方式

下面结合附图来阐述本发明的具体实施方式。

本发明方法对于单个入射信号或多源多径入射信号均利用各个天线接收到的信号直接构造基于相位搜索的二维空间谱函数，对来波信号进行二维波达方向估计，再通过使用多条基线上的多个天线的接收信号来构造不同的空间谱函数并求其公共解，从而解决相位模糊、低信噪比和多源多径等问题，以获得入射信号的到达角度。

如图1所示，本发明所公开的多基线相位搜索式二维空间谱测向方法，包括以下实施步骤：

(1)构造阵列流型

本发明对于天线阵列流型的要求如下：一方面要求天线之间的距离应与需接收信号的波长相近似(其中，最短基线的长度小于接收信号的半波长)；另一方面，天线阵中任意两个天线形成的基线不能全部平行。例如，由5个天线、8个天线、9个天线甚至更多天线构成的均匀圆阵，都非常适合作为本发明所用的天线阵列。

(2)计算各基线上两个天线接收采样得到的信号的互相关，并对每根基线构造空间谱函数；

对于单个入射信号s(n)的情况，第p个天线接收采样得到的复信号为：