[发明专利]一种宽带分布式阵列超分辨测向系统及方法

说明书

本发明提供了一种宽带分布式阵列超分辨测向系统及方法，采用宽带分布式天线阵列，基于的三维管网计算架构及集成架构包括N个宽带信道化处理单元、数据交换网络、N个分布式子孔径协方差矩阵运算单元、N个孔径协方差矩阵特征分解单元、N空间子区域目标搜索单元和全区域目标空间角度测向融合处理单元，为了实现宽空域、宽带、实时处理，构建了一个频域、空域、时域三维管网式一体化协同运算结构及三维管网式运算处理阵列，实现了宽带阵列的实时超分辨处理。与现有技术相比，能够兼容窄带小规模阵列或宽带大规模、分布式阵列工作，能够大大提升分布式阵列系统的测向精度、目标分辨率、实时性等系统性能。

技术领域

本发明涉及一种宽带分布式阵列超分辨测向系统及方法，涉及阵列超分辨测向领域。

背景技术

典型阵列超分辨测向系统如：三信道空间谱估计测向系统的测向方法(专利号：CN102445679A)和一种均匀圆阵二维MUSIC测向装置(专利号：CN102520390A)。典型阵列超分辨测向系统的算法架构主要步骤包括：1)单个天线阵列对窄带信号进行采集下变频；2)协方差矩阵生成；3)协方差矩阵特征分解提取噪声空间矢量；4)空间区域谱峰搜索等。

现有典型阵列超分辨测向系统架构主要在一个阵列孔径中基于窄带信号来设计处理架构，步骤2)、3)、5)、6)的每个步骤都未采用或不需要采用基于空、频、时三维管网结构的硬件架构和算法运算。目前，国内外无论是基于DSP、CPU等处理器的典型窄带阵列超分辨测向系统或文献，还是基于FPGA、ASIC等快速硬件处理单元的窄带或宽带阵列测向系统或文献，对解决大规模阵列尤其是分布式阵列的超分辨、实时处理能力明显不足，工作效率低下，对于宽带分布式阵列的实时、超分辨测向未见报道解决方案。

从前面描述可知，现有典型阵列超分辨测向系统集成和算法解决方案，针对小规模常规阵列的窄带信号，在实际工程中主要存在以下问题：

只适合常规均匀阵列天线孔径，形式相对单一；

系统算法架构和集成架构主要针对窄带信号，形式单一，可扩展性差，对于宽带信号体制没有提出解决方案；

在目标分辨率和实时性兼顾方面差，特别对宽带阵列系统更是如此。

发明内容

本发明提供了一种宽带分布式阵列超分辨测向系统及方法，具有能够将阵列超分辨测向算法的工程应用领域拓展到宽带大规模、分布式阵列场景中，并有效提高系统性能的特点。

本发明采用的技术方案如下：

一种宽带分布式阵列超分辨测向系统，包括，

宽带分布式天线阵列，由N个天线子孔径构成；所述天线子孔径由M个紧耦合宽带天线单元构成；天线子孔径之间为分布式结构；

三维管网计算架构及集成架构，包括，

N个宽带信道化处理单元，与N个天线子孔径一一对应，接收各自对应的天线子孔径内M个紧耦合宽带天线单元的信号，进行数字下变频及窄带信号分割处理，将宽带信号划分为若干个窄带信号；

数据交换网络，将所述若干个窄带信号按照应用需求分发到具有并行处理能力的运算单元中，使每一个运算单元均有全部紧耦合宽带天线单元或部分紧耦合宽带天线单元的数据；

N个孔径协方差矩阵运算单元，接收数据交换网络分发的所述若干个窄带信号，基于孔径虚拟合成原理完成数据插值滤波处理，形成虚拟孔径数据空间，并基于空、时数据进行并行处理；

N个孔径协方差矩阵特征分解单元，与N个孔径协方差矩阵运算单元一一对应，实时完成虚拟孔径的协方差矩阵的特征值分解，求解噪声空间矢量以及信号子空间导向矢量；