一种适用于阵元失效条件下的相位干涉仪测向方法与流程

专利2022-05-09  89



1.本发明属于无源测向技术领域,特别涉及一种在阵元失效条件下的相位干涉仪测向方法。


背景技术:

2.传统的有源雷达测向技术过发射大功率信号来实现,具有作用时间长、距离远、精度高等优点,并且受外界环境因素变化的影响小。但是随着电子以及通信信息技术的发展,有源测向技术在被广泛使用的同时,其系统自身隐藏与抗干扰能力差的缺点凸显,无法隐藏容易遭到干扰与攻击。为了弥补有源测向技术的不足与可能产生的严重后果,人们开始研究无源测向技术。
3.相位干涉仪测向技术即属于无源测向技术的一种,它本身不会辐射信源,只接收处理来自目标的位置及运动状态的相关数据来实现对目标的测向。当入射信号到达干涉仪测向天线阵时,由于天线的空间位置不同,每个天线单元接收到的信号相位也不同,干涉仪就是利用天线单元之间的相位差来获取来波的方向信息。干涉仪测向系统具有灵敏度高、测向精准、算法简单等优点,广泛地用于电磁环境监测、电子对抗等领域。
4.相位干涉仪主要利用来波在基线间产生的相位差来计算方位,影响其测向精度和效率主要取决于布阵的形式和测向算法。如果出现阵元失效的情况,则会破坏原有阵列的几何分布特征,丢失该通道的数据,导致整个系统的性能下降,甚至无法工作。特别是在机载等天线布置空间有限的平台上,允许天线阵元的尺寸和数量都非常有限,往往出现某个阵元失效就会导致整个设备无法使用。
5.目前相位干涉仪的相关研究都是基于阵元完好的情况,例如申请公布号cn111323742a,名称为“一种基于曲线阵列的相位干涉仪及其测向方法”的专利申请中,公开了一种基于曲线阵列的相位干涉仪及其测向方法,该方法通过保证一组3个天线的阵列的纵向间隔相等,在横坐标方向和纵坐标方向分别形成虚拟基线,抵消天线位置的纵坐标带来的影响,将曲线阵列模型等效为一维阵列模型进行测向。而干涉仪通常都在室外工作,由于恶劣的自然环境、人为干扰以及阵元老化、阵元的物理损坏等因素的影响,阵元失效问题不可避免,对应阵元失效情况,申请公布号cn111323742a所述的方法就无法保证选取的一组3个天线的阵列的纵向间隔相等,从而导致算法失效。


技术实现要素:

6.本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷,提出一种适用于阵元失效条件下的相位干涉仪测向方法,用于解决现有技术中存在的出现阵元失效情况相位干涉仪无法测向的问题。
7.为实现上述目的,本发明采取的技术方案包括如下步骤:
8.(1)构建相位干涉仪测向系统:
9.构建包括天线阵和信号处理机的相位干涉仪测向系统,所述天线阵采用由正交的
第一一维线阵天线i和第二一维线阵天线ii组成的l型结构,所述第一一维线阵天线i包括非均匀排布的n个天线阵元(t1,t2,...,t
n
,...,t
n
),所述第二一维线阵天线ii包括非均匀排布的n个天线阵元(t1,t2′
,...,t
n

,...,t
n

),n≥4,第一天线阵元t1位于l型结构两个臂的交汇位置,为i和ii共用,2n

1个天线阵元分别通过接收通道与信号处理机连接;t1与t2之间的基线长度d
12
以及t1与t2′
之间的基线长度d
12

、t2与t3之间的基线长度d
23
以及t2′
与t3′
之间的基线长度d
23

、t3与t4之间的基线长度d
34
以及t3′
与t4′
之间的基线长度d
34

满足d
12
=d
34
,d
12

=d
34

,且d
23

d
12
≤λ/2,d
23
′‑
d
12

≤λ/2,当n>4时,t4以及t4′
以后的各天线阵元之间的基线长度满足d
n,1
=kd
n

1,1
,d
n,1

=kd
n

1,1

(n>4),其中t
n
表示i中的第n个天线阵元,t
n

表示ii中的第n个天线阵元,λ表示入射信号的波长,k为正整数;
10.(2)每个天线阵元接收入射信号并传输:
11.天线阵中的每个天线阵元通过接收通道将接收的入射信号传输至信号处理机,得到第一一维线阵天线i对应的入射信号集合v=(v1,v2,

,v
n
,

,v
n
)和第二一维线阵天线ii对应的入射信号集合v

=(v1,v2′
,

,v
n

,

,v
n

),其中:
[0012][0013][0014]
其中,d
n,1
和d
n,1

表示t
n
和t
n

与t1的基线长度,a
n
和a
n

分别表示t
n
和t
n

接收的射频信号,θ和β分别表示入射信号的方位角和俯仰角,f(θ,β)表示天线阵元的方向图函数,e为自然常数,j为虚数符号;
[0015]
(3)信号处理机判断是否存在失效天线阵元:
[0016]
信号处理机判断入射信号集合v=(v1,v2,

,v
n
,

,v
n
)是否存在一个天线阵元的信号量v
a
=0,a∈(1,2,...,n),同时判断入射信号集合v

=(v1,v2′
,

,v
n

,

,v
n

)是否存在一个天线阵元的信号量v
a

=0,a∈(1,2,...,n),若是,则存在失效天线阵元,并执行步骤(4),否则,则不存在失效天线阵元,并执行步骤(5);
[0017]
(4)信号处理机获取基线相位差和虚拟基线相位差:
[0018]
信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)和虚拟基线相位差φ0以及ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)和虚拟基线相位差φ0′
,并执行步骤(6),具体步骤为:
[0019]
(4a)信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)和虚拟基线相位差φ0:
[0020]
当n=1时,v
a
=v1,信号处理机对v的第二天线阵元t2与其余天线阵元(t3,t4,...,t
n
,...t
n
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m条基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
),同时对第三天线阵元t3与第四天线阵元t4之间的基线相位差φ
34
进行测量,并利用t2和t3构成的基线与t3和t4构成的基线构造长度为d0=d
12

d
34
虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ1‑
φ
34
,其中,φ
m
表示第二天线阵元t2与第m 2天线阵元之间的基线相位差,m=n

2;
[0021]
当n=2时,v
a
=v2,信号处理机对v的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t3,t4,...,t
n
,...t
n
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m条基线相位差(φ1,φ2,...,
φ
m
,...,φ
m
),同时对第三天线阵元t3与第四天线阵元t4之间的基线相位差φ
34
进行测量,并利用t1和t3构成的基线与t3和t4构成的基线构造长度为d0=d
13

2d
34
的虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ1‑

34
,其中,d
13
表示第一天线阵元t1与第三天线阵元t3之间的距离,φ
m
表示第一天线阵元t1与第m 2天线阵元之间的基线相位差;
[0022]
当n=3时,v
a
=v3,信号处理机对v的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t2,t4,t5,...,t
n
,...t
n
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m条基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
),同时对第二天线阵元t2与第四天线阵元t4之间的基线相位差φ
24
进行测量,并利用t1和t2构成的基线与t2和t4构成的基线构造长度为d0=d
24

2d
12
虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ
24

2φ1,其中,d
24
表示第二天线阵元t2与第四天线阵元t4之间的距离,当m=1时,φ
m
表示第一天线阵元t1与第二天线阵元t2之间的基线相位差,当m>1时,φ
m
表示第一天线阵元t1与第m 2天线阵元之间的基线相位差;
[0023]
当n>3时,v
a
=v
n
,信号处理机对v的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t2,t3,...,t
n
‑1,t
n 1
,...,t
n
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m条基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
),同时对第二天线阵元t2与第三天线阵元t3之间的基线相位差φ
23
进行测量,并利用t1和t2构成的基线与t2和t3构成的基线构造长度为d0=d
23

d
12
虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ
23

φ1,其中,当m<n时,φ
m
表示第一天线阵元t1与第m 1天线阵元之间的基线相位差,当m≥n时,φ
m
表示第一天线阵元t1与第m 2天线阵元之间的基线相位差;
[0024]
(4b)信号处理机获取ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)和虚拟基线相位差φ0′

[0025]
信号处理机按照步骤(4a)的方法获取ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)和虚拟基线相位差φ0′

[0026]
(5)信号处理机获取基线相位差和虚拟基线相位差:
[0027]
信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)和虚拟基线相位差φ0以及ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)和虚拟基线相位差φ0′
,并执行步骤(6),具体步骤为:
[0028]
(5a)信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)和虚拟基线相位差φ0:
[0029]
信号处理机对v的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t2,t3,...,t
n
,...t
n
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m条基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
),同时对第二天线阵元t2与第三天线阵元t3之间的基线相位差φ
23
进行测量,并利用t1和t2构成的基线与t2和t3构成的基线构造长度为d0=d
23

d
12
虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ
23

φ1,其中,φ
m
表示第一天线阵元t1与第m 1天线阵元之间的基线相位差,m=n

1;
[0030]
(5b)信号处理机获取ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)和虚拟基线相位差φ0′

[0031]
信号处理机对v

的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t2′
,t3′
,...,t
n

,...,t
n

)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m

条基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

),同时对第二天线阵元t2′
与第三天线阵元t3′
之间的基线相位差φ
23

进行测量,并利用t1′
和t2′
构成的基线与t2′
和t3′
构成的基线构造长度为d0′
=d
23
′‑
d
12

虚拟基线,再计算
虚拟基线的相位差φ0′
=φ
23
′‑
φ1′
,其中,φ
m

表示第一天线阵元t1与第m 1天线阵元之间的基线相位差,m

=n

1;
[0032]
(6)信号处理机对i和ii的基线相位差分别进行解相位模糊:
[0033]
信号处理机通过虚拟基线无模糊相位差φ0对i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)逐级进行解相位模糊,得到i的基线的无模糊相位差同时通过虚拟基线无模糊相位差φ0′
对ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)逐级进行解相位模糊,得到ii的基线的无模糊相位差的计算公式为:
[0034][0035]
的计算公式为:
[0036][0037]
其中(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
),(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)表示执行步骤(4)或步骤(5)得到的i和ii的基线相位差,d
m
表示对应的基线长度,d
m

表示φ
m

对应的基线长度,表示φ
m
对应的无模糊相位差,表示φ
m

对应的无模糊相位差,m表示i的基线相位差个数,i存在一个阵元失效时,m=n

2,不存阵元失效时m=n

1,m

表示ii的基线相位差个数,ii存在一个阵元失效时,m

=n

2,不存阵元失效时m

=n

1;
[0038]
(7)信号处理机获取相位干涉仪的测向结果:
[0039]
信号处理机利用和分别对方位角θ和俯仰角β进行最小二乘估计,得到入射信号的方位角θ和俯仰角β:
[0040][0041]
[0042]
其中s=min(m,m

),min表示取最小值函数。
[0043]
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
[0044]
本发明采用的非均匀l型结构天线,基线长度满足:d
12
=d
34
,d
12

=d
34

,且d
23

d
12
≤λ/2,d
23
′‑
d
12

≤λ/2,当n>4时,t4以及t4′
以后的各天线阵元之间的基线长度满足d
n,1
=kd
n

1,1
,d
n,1

=kd
n

1,1

(n>4),在此基线长度关系下,可通过构造虚拟基线进行解相位模糊,实现在阵元失效的情况下测向,同时在阵元完好的情况下也能保证测向精度,提高了干涉仪测向系统的鲁棒性。
附图说明
[0045]
图1是本发明的实现流程图;
[0046]
图2是本发明中构建的相位干涉仪测向系统中天线阵的结构示意图;
具体实施方式
[0047]
下面结合附图和具体实施例,对本发明作进一步详细描述。
[0048]
参照图1,本发明包括如下步骤:
[0049]
步骤1)构建相位干涉仪测向系统:
[0050]
构建相位干涉仪测向系统,包括天线阵和信号处理机的相位干涉仪测向系统,所述的天线阵结构如图2所示,采用由正交的第一一维线阵天线i和第二一维线阵天线ii组成的l型结构,所述第一一维线阵天线i包括非均匀排布的n个天线阵元(t1,t2,...,t
n
,...,t
n
),所述第二一维线阵天线ii包括非均匀排布的n个天线阵元(t1,t2′
,...,t
n

,...,t
n

),n≥4,第一天线阵元t1位于l型结构两个臂的交汇位置,为i和ii共用,2n

1个天线阵元分别通过接收通道与信号处理机连接;t1与t2之间的基线长度d
12
以及t1与t2′
之间的基线长度d
12

、t2与t3之间的基线长度d
23
以及t2′
与t3′
之间的基线长度d
23

、t3与t4之间的基线长度d
34
以及t3′
与t4′
之间的基线长度d
34

满足d
12
=d
34
,d
12

=d
34

,且d
23

d
12
≤λ/2,d
23
′‑
d
12

≤λ/2,当n>4时,t4以及t4′
以后的各天线阵元之间的基线长度满足d
n,1
=kd
n

1,1
,d
n,1

=kd
n

1,1

(n>4),其中t
n
表示i中的第n个天线阵元,t
n

表示ii中的第n个天线阵元,λ表示入射信号的波长,k为正整数;
[0051]
本实施例中,设有如下要求设计天线阵:覆盖频段0.8ghz~6ghz;天线圆盘直径≤300mm;采用平面螺旋天线,直径r=70mm,取n=4。系统的最高测向频率为6ghz,对应的λ=50mm,要获得无模糊相位,显然物理基线长度不可能做到50mm,需要使用虚拟基线的方式,则d
23

d
12
≤25,d
23
′‑
d
12

≤25,天线圆盘直径≤300mm,则d
12
d
23
d
34
≤300,d
12

d
23

d
34

≤300,故可设d
12
=d
12

=90mm,d
23
=d
23

=115mm,d
34
=d
34

=90mm。
[0052]
步骤2)每个天线阵元接收入射信号并传输:
[0053]
如图2所示,辐射源发射信号,天线阵接收到的入射信号方位角和俯仰角为θ和β,θ表示辐射源的阵面投影和t1构成直线与ii之间的夹角,β表示辐射源和t1构成直线与阵面之间的夹角。
[0054]
天线阵中的每个天线阵元通过接收通道将接收的入射信号传输至信号处理机,得到第一一维线阵天线i对应的入射信号集合v=(v1,v2,v3,v4)和第二一维线阵天线ii对应的入射信号集合v

=(v1,v2′
,v3′
,v4′
),其中:
[0055][0056][0057]
其中,n∈(1,2,3,4),d
n,1
和d
n,1

表示t
n
和t
n

与t1的基线长度,a
n
和a
n

分别表示t
n
和t
n

接收的射频信号,f(θ,β)表示天线阵元的方向图函数,e为自然常数,j为虚数符号;
[0058]
步骤3)信号处理机判断是否存在失效天线阵元:
[0059]
信号处理机判断入射信号集合v=(v1,v2,v3,v4)是否存在一个天线阵元的信号量v
a
=0,a∈(1,2,3,4),同时判断入射信号集合v

=(v1,v2′
,v3′
,v4′
)是否存在一个天线阵元的信号量v
a

=0,a∈(1,2,3,4),若是,则存在失效天线阵元,并执行步骤(4),否则,则不存在失效天线阵元,并执行步骤(5);
[0060]
步骤4)信号处理机获取基线相位差和虚拟基线相位差:
[0061]
信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2)和虚拟基线相位差φ0以及ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
)和虚拟基线相位差φ0′
,并执行步骤(6),具体步骤为:
[0062]
(4a)信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2)和虚拟基线相位差φ0:
[0063]
当v
a
=v1,信号处理机对v的第二天线阵元t2与第三天线阵元t3之间的基线相位φ1、第二天线阵元t2与第三天线阵元t4之间的基线相位φ2、第三天线阵元t3与第四天线阵元t4之间的基线相位差φ
34
,并利用t2和t3构成的基线与t3和t4构成的基线构造长度为d0=d
12

d
34
=25mm虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ1‑
φ
34

[0064]
当v
a
=v2,信号处理机对v的第二天线阵元t1与第三天线阵元t3之间的基线相位φ1、第二天线阵元t1与第三天线阵元t4之间的基线相位φ2、第三天线阵元t3与第四天线阵元t4之间的基线相位差φ
34
进行测量,并利用t1和t3构成的基线与t3和t4构成的基线构造长度为d0=d
13

2d
34
=25mm的虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ1‑

34
,其中,d
13
表示第一天线阵元t1与第三天线阵元t3之间的距离,d
13
=d
12
d
23
=205mm;
[0065]
当v
a
=v3,信号处理机对v的第二天线阵元t1与第三天线阵元t2之间的基线相位φ1、第二天线阵元t1与第三天线阵元t4之间的基线相位φ2、第二天线阵元t2与第四天线阵元t4之间的基线相位差φ
24
进行测量,并利用t1和t2构成的基线与t2和t4构成的基线构造长度为d0=d
24

2d
12
=25mm虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ
24

2φ1,其中,d
24
表示第二天线阵元t2与第四天线阵元t4之间的距离,d
24
=d
23
d
34
=205mm;
[0066]
当v
a
=v4,信号处理机对v的第二天线阵元t1与第三天线阵元t2之间的基线相位φ1、第二天线阵元t1与第三天线阵元t3之间的基线相位φ2、第二天线阵元t2与第三天线阵元t3之间的基线相位差φ
23
进行测量,并利用t1和t2构成的基线与t2和t3构成的基线构造长度为d0=d
23

d
12
=25mm虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ
23

φ1;
[0067]
(4b)信号处理机获取ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
)和虚拟基线相位差φ0′

[0068]
信号处理机按照步骤(4a)的方法获取ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
)和虚拟基线相位差φ0′

[0069]
步骤5)信号处理机获取基线相位差和虚拟基线相位差:
[0070]
信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2,φ3)和虚拟基线相位差φ0以及ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,φ3′
)和虚拟基线相位差φ0′
,并执行步骤(6),具体步骤为:
[0071]
(5a)信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2,φ3)和虚拟基线相位差φ0:
[0072]
信号处理机对v的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t2,t3,t4)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到3条基线相位差(φ1,φ2,φ3),同时对第二天线阵元t2与第三天线阵元t3之间的基线相位差φ
23
进行测量,并利用t1和t2构成的基线与t2和t3构成的基线构造长度为d0=d
23

d
12
=25mm虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ
23

φ1;
[0073]
(5b)信号处理机获取ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,φ3′
)和虚拟基线相位差φ0′

[0074]
信号处理机对v

的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t2′
,t3′
,t4′
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到3条基线相位差(φ1′
,φ2′
,φ3′
),同时对第二天线阵元t2′
与第三天线阵元t3′
之间的基线相位差φ
23

进行测量,并利用t1′
和t2′
构成的基线与t2′
和t3′
构成的基线构造长度为d0′
=d
23
′‑
d
12

=25mm虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0′
=φ
23
′‑
φ1′

[0075]
步骤6)信号处理机对i和ii的基线相位差分别进行解相位模糊:
[0076]
信号处理机通过虚拟基线无模糊相位差φ0对i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)逐级进行解相位模糊,得到i的基线的无模糊相位差同时通过虚拟基线无模糊相位差φ0′
对ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)逐级进行解相位模糊,得到ii的基线的无模糊相位差的计算公式为:
[0077][0078]
的计算公式为:
[0079][0080]
其中d
m
表示对应的基线长度,d
m

表示φ
m

对应的基线长度,表示φ
m
对应的无模糊相位差,表示φ
m

对应的无模糊相位差,m表示i的基线相位差个数,i存在一个阵元失效时,m=2,不存阵元失效时m=3,m

表示ii的基线相位差个数,ii存在一个阵元失效时,m

=2,不存阵元失效时m

=3;
[0081]
步骤7)信号处理机获取相位干涉仪的测向结果:
[0082]
信号处理机利用和分别对方位角θ和俯仰角β进行最小二乘估计,得到入射信号的方位角θ和俯仰角β:
[0083][0084][0085]
其中s=min(m,m

),min表示取最小值函数。

技术特征:
1.一种适用于阵元失效条件下的相位干涉仪测向方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)构建相位干涉仪测向系统:构建包括天线阵和信号处理机的相位干涉仪测向系统,所述天线阵采用由正交的第一一维线阵天线i和第二一维线阵天线ii组成的l型结构,所述第一一维线阵天线i包括非均匀排布的n个天线阵元(t1,t2,...,t
n
,...,t
n
),所述第二一维线阵天线ii包括非均匀排布的n个天线阵元(t1,t2′
,...,t
n

,...,t
n

),n≥4,第一天线阵元t1位于l型结构两个臂的交汇位置,为i和ii共用,2n

1个天线阵元分别通过接收通道与信号处理机连接;t1与t2之间的基线长度d
12
以及t1与t2′
之间的基线长度d
12

、t2与t3之间的基线长度d
23
以及t2′
与t3′
之间的基线长度d
23

、t3与t4之间的基线长度d
34
以及t3′
与t4′
之间的基线长度d
34

满足d
12
=d
34
,d
12

=d
34

,且d
23

d
12
≤λ/2,d
23
′‑
d
12

≤λ/2,当n>4时,t4以及t4′
以后的各天线阵元之间的基线长度满足d
n,1
=kd
n

1,1
,d
n,1

=kd
n

1,1

(n>4),其中t
n
表示i中的第n个天线阵元,t
n

表示ii中的第n个天线阵元,λ表示入射信号的波长,k为正整数;(2)每个天线阵元接收入射信号并传输:天线阵中的每个天线阵元通过接收通道将接收的入射信号传输至信号处理机,得到第一一维线阵天线i对应的入射信号集合v=(v1,v2,

,v
n
,

,v
n
)和第二一维线阵天线ii对应的入射信号集合v

=(v1,v2′
,

,v
n

,

,v
n

),其中:),其中:其中,d
n,1
和d
n,1

表示t
n
和t
n

与t1的基线长度,a
n
和a
n

分别表示t
n
和t
n

接收的射频信号,θ和β分别表示入射信号的方位角和俯仰角,f(θ,β)表示天线阵元的方向图函数,e为自然常数,j为虚数符号;(3)信号处理机判断是否存在失效天线阵元:信号处理机判断入射信号集合v=(v1,v2,

,v
n
,

,v
n
)是否存在一个天线阵元的信号量v
a
=0,a∈(1,2,...,n),同时判断入射信号集合v

=(v1,v2′
,

,v
n

,

,v
n

)是否存在一个天线阵元的信号量v
a

=0,a∈(1,2,...,n),若是,则存在失效天线阵元,并执行步骤(4),否则,则不存在失效天线阵元,并执行步骤(5);(4)信号处理机获取基线相位差和虚拟基线相位差:信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)和虚拟基线相位差φ0以及ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)和虚拟基线相位差φ0′
,并执行步骤(6),具体步骤为:(4a)信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)和虚拟基线相位差φ0:当n=1时,v
a
=v1,信号处理机对v的第二天线阵元t2与其余天线阵元(t3,t4,...,t
n
,...t
n
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m条基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
),同时对第三天线阵元t3与第四天线阵元t4之间的基线相位差φ
34
进行测量,并利用t2和t3构成的基线与t3和t4构成的基线构造长度为d0=d
12

d
34
虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ1‑
φ
34
,其中,φ
m
表示第二天线阵元t2与第m 2天线阵元之间的基线相
位差,m=n

2;当n=2时,v
a
=v2,信号处理机对v的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t3,t4,...,t
n
,...t
n
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m条基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
),同时对第三天线阵元t3与第四天线阵元t4之间的基线相位差φ
34
进行测量,并利用t1和t3构成的基线与t3和t4构成的基线构造长度为d0=d
13

2d
34
的虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ1‑

34
,其中,d
13
表示第一天线阵元t1与第三天线阵元t3之间的距离,φ
m
表示第一天线阵元t1与第m 2天线阵元之间的基线相位差;当n=3时,v
a
=v3,信号处理机对v的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t2,t4,t5,...,t
n
,...t
n
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m条基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
),同时对第二天线阵元t2与第四天线阵元t4之间的基线相位差φ
24
进行测量,并利用t1和t2构成的基线与t2和t4构成的基线构造长度为d0=d
24

2d
12
虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ
24

2φ1,其中,d
24
表示第二天线阵元t2与第四天线阵元t4之间的距离,当m=1时,φ
m
表示第一天线阵元t1与第二天线阵元t2之间的基线相位差,当m>1时,φ
m
表示第一天线阵元t1与第m 2天线阵元之间的基线相位差;当n>3时,v
a
=v
n
,信号处理机对v的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t2,t3,...,t
n
‑1,t
n 1
,...,t
n
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m条基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
),同时对第二天线阵元t2与第三天线阵元t3之间的基线相位差φ
23
进行测量,并利用t1和t2构成的基线与t2和t3构成的基线构造长度为d0=d
23

d
12
虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ
23

φ1,其中,当m<n时,φ
m
表示第一天线阵元t1与第m 1天线阵元之间的基线相位差,当m≥n时,φ
m
表示第一天线阵元t1与第m 2天线阵元之间的基线相位差;(4b)信号处理机获取ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)和虚拟基线相位差φ0′
:信号处理机按照步骤(4a)的方法获取ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)和虚拟基线相位差φ0′
;(5)信号处理机获取基线相位差和虚拟基线相位差:信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)和虚拟基线相位差φ0以及ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)和虚拟基线相位差φ0′
,并执行步骤(6),具体步骤为:(5a)信号处理机获取i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)和虚拟基线相位差φ0:信号处理机对v的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t2,t3,...,t
n
,...t
n
)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m条基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
),同时对第二天线阵元t2与第三天线阵元t3之间的基线相位差φ
23
进行测量,并利用t1和t2构成的基线与t2和t3构成的基线构造长度为d0=d
23

d
12
虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0=φ
23

φ1,其中,φ
m
表示第一天线阵元t1与第m 1天线阵元之间的基线相位差,m=n

1;(5b)信号处理机获取ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)和虚拟基线相位差φ0′
:信号处理机对v

的第一天线阵元t1与其余天线阵元(t2′
,t3′
,...,t
n

,...,t
n

)中的每一个之间的基线相位差进行测量,得到m

条基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

),
同时对第二天线阵元t2′
与第三天线阵元t3′
之间的基线相位差φ
23

进行测量,并利用t1′
和t2′
构成的基线与t2′
和t3′
构成的基线构造长度为d0′
=d
23
′‑
d
12

虚拟基线,再计算虚拟基线的相位差φ0′
=φ
23
′‑
φ1′
,其中,φ
m

表示第一天线阵元t1与第m 1天线阵元之间的基线相位差,m

=n

1;(6)信号处理机对i和ii的基线相位差分别进行解相位模糊:信号处理机通过虚拟基线无模糊相位差φ0对i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)逐级进行解相位模糊,得到i的基线的无模糊相位差同时通过虚拟基线无模糊相位差φ0′
对ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)逐级进行解相位模糊,得到ii的基线的无模糊相位差其中为φ
m
对应的无模糊相位差,为φ
m

对应的无模糊相位差;(7)信号处理机获取相位干涉仪的测向结果:信号处理机利用和分别对方位角θ和俯仰角β进行最小二乘估计,得到入射信号的方位角θ和俯仰角β:行最小二乘估计,得到入射信号的方位角θ和俯仰角β:其中s=min(m,m

),min表示取最小值函数,d
m
表示对应的基线长度,d
m

表示φ
m

对应的基线长度。2.根据权利要求1所述的一种适用于阵元失效条件下的相位干涉仪测向方法,其特征在于,步骤(6)中所述的信号处理机对i的基线相位差(φ1,φ2,...,φ
m
,...,φ
m
)逐级进行解相位模糊,以及对ii的基线相位差(φ1′
,φ2′
,...,φ
m

,...,φ
m

)逐级进行解相位模糊,公式为:
其中int表示取整函数。
技术总结
本发明提出了一种在阵元失效条件下干涉仪测向方法,旨在实现相位干涉仪在阵元失效情况下测向。实现步骤为:构建相位干涉仪测向系统;每个天线阵元接收入射信号并传输;信号处理机判断是否存在失效天线阵元;信号处理机根据阵元失效情况获取基线相位差和虚拟基线相位差;信号处理机对基线相位解模糊;信号处理机获取相位干涉仪的测向结果。本发明设计的非均匀L型天线阵,可以利用基线长度关系构造虚拟基线进行解模糊,实现在阵元失效的情况下测向,同时在阵元完好的情况也能保证测向精度,提高了相位干涉仪测向系统的鲁棒性。提高了相位干涉仪测向系统的鲁棒性。提高了相位干涉仪测向系统的鲁棒性。


技术研发人员:武斌 洪凯 李鹏 蔡晶晶 王钊 张葵
受保护的技术使用者:西安电子科技大学
技术研发日:2021.03.26
技术公布日:2021/6/29

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