[发明专利]快速单通道空间谱测向方法

说明书

本发明公开一种快速单通道空间谱测向方法，首先通过传统的基于批处理波束扫描的方式进行初始化，得到最初的协方差矩阵重构；随后采用时域迭代处理方法，在进行初始化协方差矩阵重构的基础上，当前采样周期内的协方差矩阵重构结果可以从前一个采样周期内的协方差矩阵重构结果中获得。本发明快速单通道空间谱测向方法，实现快速协方差矩阵重构，执行周期短，测向结果更新速度快，能够及时反应出目标信号方位的变化情况。

技术领域

本发明设计一种无线电信号测向系统，具体来说是一种快速单通道空间谱测向系统。

背景技术

无线电测向系统是无线电监测系统的重要组成部分，在军用、民用领域都具有十分重要的应用。作为一种新型无线电测向系统，空间谱测向系统是一种新型的无线电信号测向系统，它不但具有较高的测向分辨率和灵敏度，还能够对同一频率上的多个信号进行测向，是无线电监测系统未来的发展方向，具有广阔的应用前景。

已经有无线电测向系统方案包括两类：第一类是传统的多通道空间谱测向系统，这类系统是最早提出的空间谱测向系统方案，也是在实际中获得成功应用的系统。多通道空间谱测向系统，采用了多通道测向体制，即每根测向天线配备一个单独的接收通道，测向接收机可以通过接收通道获得每根测向天线上接收到的信号，在所接收到信号的基础上执行空间谱测向的信号处理操作，即可获得来波方向的估计。多通道空间谱测向系统的结构如图1所示，假设系统中共有M根测向天线，每根测向天线接收到的信号可以表示为y_m(t)，经过相应的接收通道后，接收信号经过模数转换器(ADC)变换成数字信号y_m[n]，送入到测向接收机中。于是，测向接收机中可以获得所有天线上的接收信号，这些信号表示成向量形式为

y[n]＝(y₁[n]，y₂[n]，...，y_M[n]^T (1)

利用式(1)中的接收信号，空间谱测向算法可以描述为：

·第一步：基于样本平均的空域协方差矩阵估计

其中，N表示采样点个数。

·第二步：通过特征值分解获取噪声空间基向量

其中，U_n表示噪声空间基向量。

·第三步：谱峰搜索

通过搜索如下代价函数的峰值，来获得来波信号的方位角估计

其中，a(θ)为M×1的阵列导向向量，它的第m个元素可以表示为

这里，(x_m，y_m)表示第m根测向天线的位置坐标。

空间谱测向算法的第一步是估计空域协方差矩阵，式(2)中采用了样本平均的方法进行协方差矩阵估计，这就要求硬件上每个通道都配有一个接收通道，能够将所有测向天线上的接收信号送入到测向接收内部。这种空间谱测向方案，对系统硬件提出了较高的要求：首先，接收通道数与天线数一致，当天线数较大时，测向系统中必须配备大量的接收通道，大大增加了系统的成本；其次，为了获得不同天线上的相位差，各个接收通道的采样时钟必须采用相干时钟源，并且保证各个通道的采样时钟在时间上是对齐的，因此需要配备专用的时钟信号系统，不但进一步增加了系统成本，也增加了硬件设计的复杂度；最后，当各个测向天线上的接收信号经过采样汇聚至测向接收机时，在测向接收机中形成海量数据流，给测向接收机内部的数据处理软件和硬件都带来了巨大的挑战。可见由于多通道空间谱测向系统需要多个接收通道实现相干、同步接收，该技术方案面临研发风险大、总体成本高的问题。