[发明专利]基于频域时间反转的雷电多源定向方法

摘要

本发明公开了一种基于频域时间反转的雷电多源定向方法，通过对阵列接收的时域信号进行离散傅里叶变换后作共轭处理，而后利用原接收阵列将处理后的信号再发射至空间各处，提取各个聚焦点即为对应辐射源的入射方向。本发明的方法区别于时间到达差法和相位干涉法，无需估计阵列接收信号的时间到达差或相位差，克服了同一个时间窗口下无法对多个雷电辐射源同时进行定位的难题，为雷电探测水平的进一步提高提供了可行方案。

主权项

1.一种基于频域时间反转的雷电多源定向方法，其特征在于其包括如下步骤：步骤S1：利用M个雷电信号测量传感器，按照任意两条基线不共线原则，且基线长度小于辐射源与阵列的距离，组成信号源定向阵列，接收信号源远场辐射信号；步骤S2：取出接收信号源远场辐射信号中参与定位的数据段进行离散傅里叶变换后取共轭，设m个阵元V_m接收的信号为s_m(t)，m＝1，2，3，…，M，对阵元接收信号做离散傅里叶变换并取共轭，令频域信号为X_m(f)，得到M组频域信号，f表示频域信号的频点，令每组频域信号含有的频点数为N，将其按行排列可得一个M×N的矩阵S，如下式所示：步骤S3：对整个空间所有方向的方位角和仰角θ组成的二维平面进行栅格化，每个栅格单元边长为φ，每个栅格单元对应信号入射角参数为j＝1，2，3，…，(90°/φ+1)，选定一个参考点，求取信号源定向阵列对应每个栅格单元在每个频点上相对于该参考点的方向矢量(1×M的行向量)，n＝1，2，3，…，N，如下式所示：式中：τ_m为辐射源到达阵元m与参考点的相对时差，其中所述步骤S3中选取O为参考点，对于每个信号入射角参数计算出信号源到达阵元V_m与O的波程差公式如下：则信号源到达阵元V_m与O的时间差为：式中：v是光信号或者声信号在真空中的传播速度；那么每个频点上的方向矢量为：步骤S4：利用步骤S3得到的a(f_n)与矩阵S在对应频点上相乘，得到每个栅格单元点上的频域合成信号的复序列y(f_n)(1×N的行向量)，y(f_n)可由下式计算：则复序列y＝[y(f₁) y(f₂) y(f₃) … y(f_N)]；步骤S5：取每个栅格单元点对应合成序列y的共轭y^*，并与之转置y^T相乘，得到各个栅格单元点的能量值E，计算公式如下：步骤S6：搜索栅格单元点能量值的峰值E_max对应的入射角，以及所有次峰值E_submax对应的入射角，令峰值与所有次峰值的个数为P个，且P<M；求出P个能量值与E_max的比值ρ_p，p＝1，2，3，…，P，设置合适阈值η，保留ρ_p大于η的峰值及次峰值对应的入射角，即为定位的数据段中所包含辐射源的波达方向。