[发明专利]一种基于测向设备的空域滤波方法

说明书

本发明公开了一种基于测向设备的空域滤波方法，包括将天线阵列接收的射频信号转换为各阵元的IQ数据流；计算IQ数据流的协方差矩阵R，利用空间谱测向算法对IQ数据流的同频信号进行测向得到测向结果；利用协方差矩阵和测向结果，分别计算各个方向上信号对应的实际阵列流形，实际阵列流形为各个方向上信号分别在每个阵元产生的复数增益所构成的向量；根据各个方向上信号对应的实际阵列流形，计算合成系数矩阵；将各阵元的IQ数据流与合成系数矩阵相乘，生成合成信号。本发明对硬件的要求较低；计算方法时效性高；针对各个信号的合成的系数，仅需定时更新一次；提高无线电监测工作中干扰查找的效率。

技术领域

本发明涉及无线电监测技术领域，具体的说，是一种基于测向设备的空域滤波方法。

背景技术

空域滤波指的是，在时域上叠加在一起的几个信号占用相同频带时，波束形成利用来自不同方向的信号所具有的空域分离性来实现信号空域处理的一种技术。现实应用中，监测设备仅能通过频域的差异对多个无线电信号进行分离；而测向设备仅能给出各个信号的示向度，无法从信号层面进行分离，也就无法对各个信号进行分别解调以判断每个信号各自的特征。目前能够实现空域滤波的监测测向设备较少，主要有以下原因：

1）无线电监测测向设备的阵元数量不够多。阵列形式通常为9阵元或者7阵元的圆阵，阵元的密集程度远不如雷达或通讯基站中的智能天线，而较少的阵元数，导致传统的空域滤波算法对阵列接收信号过程中的噪声和干扰较为敏感。

2）各阵元组合成阵列之后，其阵元一致性较差，特别是各天线幅值增益的一致性较差，且相位发生较大的偏差，这主要是天线之间的互耦和遮挡造成的。幅值和相位的偏差，会导致各个阵元所接收到的实际信号偏离理论值；而传统的空域滤波算法又是基于阵元对信号的理论上的响应，故传统空域滤波算法并不能适用于实际的无线电监测测向设备。

3）在实际使用的过程中，各天线对各阵元的幅值增益各不相同，使得空域滤波的问题更复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于测向设备的空域滤波方法，用于解决现有技术中测向设备无法从信号层面进行信号分离以及现有技术中的空域滤波实现方法由于受限于阵元数量以及天线幅值增益一致性较差而较复杂的问题。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种基于测向设备的空域滤波方法，包括：

步骤S1、将天线阵列接收的射频信号转换为各阵元的IQ数据流；

步骤S2、根据各个阵元的IQ数据流计算协方差矩阵R，利用空间谱测向算法对IQ数据流的同频信号进行测向得到测向结果；

采取空间谱测向算法可以是多信号分辨（MUSIC）算法或极大似然估计（DML）算法，获取信号的来波方向。

步骤S3、采用以下步骤S31和步骤S32分别计算每个信号对应的合成系数矩阵：

步骤S31、利用协方差矩阵R和测向结果，分别计算各个方向上信号对应的实际阵列流形，实际阵列流形为各个方向上信号分别在每个阵元产生的复数增益所构成的向量；

步骤S32、根据各个方向上信号对应的实际阵列流形，计算信号的合成系数矩阵；

步骤S4、将各阵元的IQ数据流分别与每个信号的合成系数矩阵相乘，得到分离后的每个信号。

所述步骤S31具体包括：

步骤S311、对协方差矩阵R进行奇异值分解，得到：

其中，U为协方差矩阵R奇异值分解得到的酉矩阵，为奇异值分解所得的对角阵，H表示矩阵的共轭转置；

步骤S312、定义来波方向θ对应的理论阵列流形为，理论阵列流形的变换矩阵：