[发明专利]一种相关干涉仪的快速测向方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信信号处理技术，特别是涉及一种相关干涉仪的快速测向方法。

背景技术

无线电测向在军事和民用领域都有十分广泛的应用价值，在诸如雷达导航、声纳、移动通信等方面发挥着重要作用。干涉仪主要是通过测量天线阵列的各阵元间复数电压分布，从而计算出电波方向。该类算法具有处理时间短、技术成熟的优点，已大量地应用在辐射源的测向和定位中。

传统的相位干涉仪，直接利用电波在测向极限上形成的相位差来确定来波方向。测向速度快，实现简单。但由于阵列误差的存在，入射波的相位和幅度分布与估计值间易发生偏差，此时算法性能下降严重。

相关干涉仪是通过比较获取的入射波与预存的各方位、各频率来波对应的复数电压分布的相似性来得到入射波方向。由于采用了相关处理，弱化了阵列误差对于测向的影响，但大大增加了运算量。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种相关干涉仪的快速测向方法，解决了传统的相关干涉仪测向中运算量大的问题。

本发明所采用的技术方案：

一种相关干涉仪的快速测向方法，包括如下步骤：

1）首先根据测向用户所需的角度间隔计算0°～180°方位角和各仰角对应的多通道导向矢量，并以某通道为基准归一化处理后存储；

2）接收多通道外部无线信号后，对各通道无线信号进行正交数字下变频处理，获得低中频复信号或零中频复信号；

3）对得到的低中频复信号或零中频复信号，按导向矢量所用的基准通道进行归一化处理，再计算其与预存各来向导向矢量的相关系数，通过相关系数确定外部无线信号信号的来向。

所述的相关干涉仪的快速测向方法，步骤1）及步骤3）中，按照如下原则，对多通道导向矢量和多通道复信号进行归一化处理：

1）选定基准通道，多通道导向矢量和多通道复信号的基准通道序号需一致；

2）采用基准通道数据复乘各通道数据实现归一化处理，即仅对数据的相位做归一化处理。

所述的相关干涉仪的快速测向方法，步骤3）中，归一化处理后的多通道导向矢量与多通道复信号的相关系数计算流程包括：

1）归一化导向矢量和归一化复信号对应通道数据的实部乘实部，虚部乘虚部；

2）各通道实部与实部乘积减去虚部与虚部乘积，再将各通道结果相加，求绝对值，计算结果记作当前外部无线信号与该导向矢量的相关系数a；

3）各通道实部与实部乘积加上虚部与虚部乘积，再将各通道结果相加，求绝对值，计算结果作为当前外部无线信号与该导向矢量的相关系数b。

所述的相关干涉仪的快速测向方法，步骤3）中，通过相关系数确定外部无线信号来向的流程包括：

1）比较复信号与各个导向矢量的相关系数（包括a和b）的大小，找出最大值，

2）如果最大的相关系数属于某导向矢量的相关系数a，则来向判断为该导向矢量所对应的方位角和仰角，

3）如果最大的相关系数属于某导向矢量的相关系数b，则来向的方位角判断为该导向矢量所对应的方位角加上180°，来向的仰角即为该导向矢量所对应的仰角。

本发明的有益效果：

1、本发明相关干涉仪的快速测向方法，在不改变阵列组成的情况下，通过较少计算即可获得空间信号的来向，在不明显降低相关精度的前提下，使整体乘法计算量减为原先的四分之一，而且具有较高的测向精度。本发明测向方法算法步骤少，实现简单，特别适合FPGA，GPU等并行计算芯片使用。

2、本发明相关干涉仪的快速测向方法，利用相关运算本身的性质，无需先验知识，不局限于信号类型、频段和测向阵列类型。对相关前对信号的各种预先处理不做任何限定。在具体实现时，考虑的是软件无线电结构。即射频采样，低中频或零中频处理。因此可应用于软件无线电与认知无线电系统，短波或超短波宽带接收系统中，适用范围广泛。

附图说明

图1：本发明的相关干涉仪测向方法的流程图；

图2：本发明相关干涉仪测向方法接收机结构示意图；

图3：本发明的快速测向模块结构示意图；

图4：本发明快速测向算法与传统相关测向算法性能比较示意图（均匀圆阵侧向均方误差随信号来向的曲线图）。

具体实施方式

实施例一：如图1所示，本发明相关干涉仪的快速测向方法，沿用传统相关干涉仪的基本结构，通过信号接收机中数字信号处理方法的改进，实现相关干涉仪的快速测向，其步骤包括：