CN109901104A - 一种通过估计时差解干涉仪测向模糊的方法 - Google Patents

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段军棋
李垚
王文松
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Abstract

本发明公开了一种通过估计时差解干涉仪测向模糊的方法，包括估计阵元间信号的相位差和时差、计算阵元间解模糊相位差和计算信号到达方向，通过估计时差去除干涉仪测相位差的模糊，从而实现干涉仪测向解模糊。本发明通过两个阵元阵列，构成一条基线，进行了测向模拟仿真实验，在相位差模糊的情况下，通过时差测量实现了干涉仪测向解模糊处理，典型测向精度优于1°。

Description

一种通过估计时差解干涉仪测向模糊的方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种通过估计时差解干涉仪测向模糊的方法。
背景技术
干涉仪测向是无线电测向的一种通用技术，通常需要多条基线实现干涉仪解模糊处理。可以利用多基线，采用参差基线法或虚拟基线法解模糊实现高精度干涉仪测向。
由于相位差测量存在2π角度模糊问题，导致干涉仪在阵元间距大于半波长时出现测向模糊，现有干涉仪测向***需要3个或以上阵元，典型情况4阵元构成多基线干涉仪，长基线或虚拟长基线实现高精度的方向估计，短基线或虚拟短基线实现解模糊处理，才能实现高精度干涉仪测向。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过在干涉仪阵列中额外利用信号达到时差信息，在两阵元间距大于半波长时可实现高精度干涉仪测向的解模糊处理，具体的，本发明提出一种通过估计时差解干涉仪测向模糊的方法，包括以下步骤：
S1.估计阵元间信号的相位差和时差：采集信号样本，通过相关法得到视在相位差估计值和时差估计值其中
S2.计算阵元间解模糊相位差：阵元接收信号相位差公式如下，
其中φ为相位差，D为阵元间距，θ为辐射源信号入射角，λ为波长，f为信号频率，τ为时差；更大的阵元间距D将获得更高的测角精度，但当时，视在相位差值存在角度模糊问题，由时差估计值可得到相位差模糊数估计值：
其中[]表示四舍五入取整，从而得到无模糊的相位差估计值
S3.计算信号到达方向：根据以及无模糊的相位差估计值可得到无模糊的方向估计值：
进一步的，所述步骤S1中，对于脉冲信号，可以利用脉冲到达时间相减得到时差估计值
进一步的，所述步骤S2中，在信号频率f未知的情况下，采集到信号样本后，还需要根据信号样本估计频率。
本发明的有益效果在于：本发明通过两个阵元阵列，构成一条基线，进行了测向模拟仿真实验，在相位差模糊的情况下，通过时差测量实现了干涉仪测向解模糊处理，典型测向精度优于1°。
附图说明
图1是干涉仪构型几何及阵元间信号关系图；
图2是信噪比20dB条件下的含噪信号样本；
图3是信噪比20dB条件下的100次角度估计结果。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
本实施例的具体参数如下：
频率f：300MHz(对应的信号波长1m)；
信号入射角θ：55°；
阵元间距D：4m；
采样率(复采样)fs：4GSPS。
设入射信号为脉冲串，脉宽0.2μs，脉冲重复周期0.5μs。如图1所示是干涉仪构型几何及阵元间信号关系图。
本实施例的具体步骤如下：
1)采集信号并估计阵元间信号的视在相位差和时差
采集信号样本，取实部如图2所示，信噪比为20dB，注意到阵元1样本较阵元2样本有延迟，直接通过相关可得到角弧度1.6573rad。
直接通过相关法估计时差，得到相关延迟为44个采样样本，延迟为3.3个信号周期。对于脉冲信号，也可以直接用脉冲到达时间相减得到时差估计。
2)计算阵元间的解模糊相位差
信号真实相位差在3.3个周期左右，模糊数为3，考虑相位差估计值，可得到实际相位的角弧度估计值
3)计算信号到达方向
换算为角度值与实际角度相差0.3129°。
信噪比20dB输入，100次测量估计结果如图3所示。
测量结果的统计均值为55.0665°，角度估计均方根误差0.6370°。
需要说明的是，在某些频率未知的情况下，首先需要进行频率估计，然后利用上面的3个步骤得到角度估计值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种通过估计时差解干涉仪测向模糊的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.估计阵元间信号的相位差和时差：采集信号样本，通过相关法得到视在相位差估计值和时差估计值其中
S2.计算阵元间解模糊相位差：阵元接收信号相位差公式如下，
其中φ为相位差，D为阵元间距，θ为辐射源信号入射角，λ为波长，f为信号频率，τ为时差；更大的阵元间距D将获得更高的测角精度，但当时，相位差计算值φo∈[-π,+π]存在2π模糊问题，由时差估计值可得到相位差模糊数估计值：
其中[]表示四舍五入取整，从而得到无模糊的相位差估计值
S3.计算信号到达方向：根据以及无模糊的相位差估计值可得到无模糊的方向估计值：
2.根据权利要求1所述的一种通过估计时差解干涉仪测向模糊的方法，其特征在于，所述步骤S1中，对于脉冲信号，可以利用脉冲到达时间相减得到时差估计值
3.根据权利要求1所述的一种通过估计时差解干涉仪测向模糊的方法，其特征在于，所述步骤S2中，在信号频率f未知的情况下，采集到信号样本后，还需要根据信号样本估计频率。
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