本发明涉及无线电技术领域，更具体地，涉及一种高精度快速无线电测向方法及系统。
背景技术：
干涉仪测向算法的测向精度通常为几度，测向精度较低。以l波段信号为例，一般的测向精度可达到的指标范围是不大于2°。在通信侦察或雷达侦察过程中，如果采用单站无源定位方法确定被侦察目标的位置信息，那么其定位精度主要取决于对被侦察目标的测向精度。较低的测向精度将导致被侦察目标的定位精度较低，无法实现对被侦察目标的精准定位。
无线电测向还可以采用空间谱测向算法，空间谱估计算法是近些年兴起的技术，具有测向精度高的特点，同样以l波段信号为例，该算法的测向精度能够达到的指标范围是不大于0.5°但该算法复杂程度高，需要高性能的处理器才能满足计算要求，而高性能处理器功耗大，给工程化实现带来了较大困难。并且为了获得较高的测向精度，空间谱估计算法需要进行多次迭代，增加了处理时延，导致测向的实时性降低。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种高精度快速无线电测向方法及系统。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种高精度快速无线电测向方法，包括：
基于天线接收信号，通过干涉仪进行粗测向，得到初始方位；
利用空间谱构造数据矩阵，用干涉仪得到的初始方位引导空间谱在该初始方位范围进行精测向，获取入射方位角的最优估计结果。
根据本发明实施例第二方面，提供了一种高精度快速无线电测向系统，包括：
干涉仪模块，用于基于天线接收信号，通过干涉仪进行粗测向，得到初始方位；
精测模块，用于利用空间谱构造数据矩阵，用干涉仪得到的初始方位引导空间谱在该初始方位范围进行精测向，获取入射方位角的最优估计结果。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第一方面的各种可能的实现上述方式中任一种可能的实现方式所提供的。
根据本发明实施例的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该计算机程序被处理器执行时实现上述方式中任一种可能的高精度快速无线电测向方法。
本发明实施例提供的一种高精度快速无线电测向方法及系统，结合干涉仪测向和空间谱测向二者的优点，提出了干涉仪—空间谱测向算法。干涉仪—空间谱测向算法利用干涉仪测向速度快的特点，先通过干涉仪测向得出一个误差偏大的结果，之后利用这个结果在该角度附近利用空间谱测向算法进行谱峰搜索得到测角结果，极大的缩小了谱峰搜索的范围。
干涉仪—空间谱测向算法虽然相比干涉仪测向计算复杂度提高，但是和空间谱测向算法相比复杂度大大降低，并且拥有空间谱测向算法的高精度的特点。干涉仪—空间谱测向算法能同时满足测向精度高、测向速度快、算法复杂程度低的要求，有利于工程化实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高精度快速无线电测向方法的流程图；
图2为本发明一优选实施例提供的一种高精度快速无线电测向方法的实现原理框图；
图3为本发明又一实施例提供的一种高精度快速无线电测向系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明公开了一种高精度快速无线电测向方法，无线电测向技术被广泛的应用于通信侦察和雷达侦察上，用于测量通信信号和雷达信号的来波方向。传统的无线电测向方法大多采用干涉仪测向算法。干涉仪测向技术成熟，在工程实践中得到了广泛的技术应用，具有测向速度快，使用资源少的特点，但测向精度通常较低，无法满足需要高测向精度场景的使用要求。
本发明实施例提供的一种高精度快速无线电测向方法，如图1所示，该方法包括：
101，基于天线接收信号，通过干涉仪进行粗测向，得到初始方位；
102，利用空间谱构造数据矩阵，用干涉仪得到的初始方位引导空间谱在该初始方位范围进行精测向，获取入射方位角的最优估计结果。
干涉仪和空间谱都可以单独完成无线电测向功能，干涉仪精度低速度快，空间谱精度高速度慢，本发明实施例在实现过程中先通过干涉仪进行粗测向，得到大致方位，同时空间谱构造数据矩阵。用干涉仪得到的粗测向引导空间谱在该范围进行精测向，不用在整个空间进行谱峰搜索，减少了计算复杂程度。例如来波方向为45°，干涉仪先确定在40°～50°范围内，空间谱在这10°范围内进行计算就可以了，不用计算0°～180°范围，计算量减少了，速度就快了。
在上述实施例的基础上，优选地：
获取测得的各通道相位，获取所有通道测得的数据；
根据各通道相位，获取真实的相位差，根据所述数据构造协方差矩阵，对所述协方差矩阵进行特征分解，获取分解后的特征向量；
根据所述相位差，获取入射信号的方位角，对所述特征向量按照特征值大小进行排序，将大特征值作为信号子空间，将小特征值作为噪声子空间，所述大特征值大于第一预设阈值，所述小特征值小于第二预设阈值；
将所述方位角作为矩阵特征空间分解算法的搜索限定范围，利用所述信号子空间和所述噪声子空间的正交特性，构造空间谱函数进行谱峰搜索；
将搜索得到的极大值对应的角度作为所述入射信号的入射方向，并对测量角进行扩展卡尔曼滤波得到入射方位角的最优估计结果。
本发明实施例拟采用一维8阵元天线阵列进行解释说明，选择music算法进行空间谱估计，举例说明干涉仪-空间谱测向算法的实现过程。
在具体实现过程中，可根据不同频段频谱特性、测向范围、性能指标要求等增加测向维度、调整天线数量、选择合适的空间谱估计算法(music或esprit)。
首先利用1、2、5、8通道进行干涉仪算法测角。干涉仪测向利用两根天线接收信号的相位差来计算入射信号的方位，并且采用多基线解模糊来解决单基线相位干涉仪测向很可能会带来的相位模糊问题。
与此同时利用1～8通道进行music算法测角的准备工作。将接收到的数据构造成协方差矩阵，并且对协方差矩阵进行特征分解，特征分解后的特征向量按照特征值大小进行排序，认为大特征值对应的为信号子空间，小特征值对应的为噪声子空间。利用信号子空间与噪声子空间的正交特性，根据信号参数范围进行谱峰搜索，在谱峰搜索时引入干涉仪算法测角的结果对搜算范围进行限定。搜索中得到的极大值点对应的角度即是信号的入射方向的测量值。
对谱峰搜索得到的测量值进行扩展卡尔曼滤波得到信号方位角的最优估计值。
本发明一优选实施例提供的一种高精度快速无线电测向方法，如图2所示，具体流程如下：
201，输入1、2、5、8通道数据测得的各通道相位，
输入1-8通道数据构造数据协方差矩阵；
202，解出真实的相位差，
对阵列数据协方差矩阵进行特征分解；
203，解出入射信号的方位角，
对特征矢量按照特征值大小进行排序，认为大特征值对应的矩阵为信号子空间
204，将干涉仪算法的测向结果为music算法的谱峰搜索限定搜索范围，
利用信号子空间与噪声子空间的正交特性ah(θ)vi＝0，构造空间谱函数
205，搜索中得到的极大值点对应的角度即认为是信号的入射方向；
206，输出干涉仪-music算法测量；
207，对测量角进行扩展卡尔曼滤波得到入射方位角的最优估计。
综上，本发明实施例提供的一种高精度快速无线电测向方法，结合干涉仪测向和空间谱测向二者的优点，提出了干涉仪—空间谱测向算法。干涉仪—空间谱测向算法利用干涉仪测向速度快的特点，先通过干涉仪测向得出一个误差偏大的结果，之后利用这个结果在该角度附近利用空间谱测向算法进行谱峰搜索得到测角结果，极大的缩小了谱峰搜索的范围。
干涉仪—空间谱测向算法虽然相比干涉仪测向计算复杂度提高，但是和空间谱测向算法相比复杂度大大降低，并且拥有空间谱测向算法的高精度的特点。干涉仪—空间谱测向算法能同时满足测向精度高、测向速度快、算法复杂程度低的要求，有利于工程化实现。
本发明又一实施例提供的一种高精度快速无线电测向系统，如图3所示，该系统包括干涉仪模块301和精测模块302，其中：
干涉仪模块，用于基于天线接收信号，通过干涉仪进行粗测向，得到初始方位；
精测模块，用于利用空间谱构造数据矩阵，用干涉仪得到的初始方位引导空间谱在该初始方位范围进行精测向，获取入射方位角的最优估计结果。
本系统实施例的具体实施过程与上述方法实施例的具体执行过程相同，详情请参考上述方法实施例，本系统实施例在此不再赘述。
本发明实施例提供了一种电子设备，如图4所示，该设备包括：处理器(processor)401、通信接口(communicationsinterface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403上并可在处理器401上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的一种高精度快速无线电测向方法，例如包括：
基于天线接收信号，通过干涉仪进行粗测向，得到初始方位；
利用空间谱构造数据矩阵，用干涉仪得到的初始方位引导空间谱在该初始方位范围进行精测向，获取入射方位角的最优估计结果。
此外，上述的存储器403中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的一种高精度快速无线电测向方法，例如包括：
基于天线接收信号，通过干涉仪进行粗测向，得到初始方位；
利用空间谱构造数据矩阵，用干涉仪得到的初始方位引导空间谱在该初始方位范围进行精测向，获取入射方位角的最优估计结果。
以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
1.一种高精度快速无线电测向方法，其特征在于，包括：
基于天线接收信号，通过干涉仪进行粗测向，得到初始方位；
利用空间谱构造数据矩阵，用干涉仪得到的初始方位引导空间谱在该初始方位范围进行精测向，获取入射方位角的最优估计结果。
2.根据权利要求1所述的一种高精度快速无线电测向方法，其特征在于，所述基于天线接收信号，通过干涉仪进行粗测向，得到初始方位，包括：
根据所述天线的各通道相位，获取真实的相位差，所述相位差即为所述初始方向。
3.根据权利要求2所述的一种高精度快速无线电测向方法，其特征在于，所述利用空间谱构造数据矩阵，用干涉仪得到的初始方位引导空间谱在该初始方位范围进行精测向，获取入射方位角的最优估计结果，包括：
获取测得的各通道相位，获取所有通道测得的数据；
根据所述数据构造协方差矩阵，对所述协方差矩阵进行特征分解，获取分解后的特征向量；
根据所述相位差，获取入射信号的方位角，对所述特征向量按照特征值大小进行排序，将大特征值作为信号子空间，将小特征值作为噪声子空间，所述大特征值大于第一预设阈值，所述小特征值小于第二预设阈值；
将所述方位角作为矩阵特征空间分解算法的搜索限定范围，利用所述信号子空间和所述噪声子空间的正交特性，构造空间谱函数进行谱峰搜索；
将搜索得到的极大值对应的角度作为所述入射信号的入射方向，并对测量角进行扩展卡尔曼滤波得到入射方位角的最优估计结果。
4.根据权利要求3所述的高精度快速无线电测向方法，其特征在于，所述利用所述信号子空间和所述噪声子空间的正交特性，具体计算公式如下：
ah(θ)vi＝0，
其中，ah表示信号矩阵的共轭转置，vi表示噪声特征向量。
5.根据权利要求3所述的高精度快速无线电测向方法，其特征在于，所述构造空间谱函数进行谱峰搜索，利用如下公式获得：
其中，pmusic表示当入射角为θ时信号的峰值，ah表示信号矩阵的共轭转置，
6.一种高精度快速无线电测向系统，其特征在于，包括：
干涉仪模块，用于基于天线接收信号，通过干涉仪进行粗测向，得到初始方位；
精测模块，用于利用空间谱构造数据矩阵，用干涉仪得到的初始方位引导空间谱在该初始方位范围进行精测向，获取入射方位角的最优估计结果。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如权利要求1至5任一所述的高精度快速无线电测向方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一所述的高精度快速无线电测向方法。
技术总结