CN114137476A - 一种基于极化修正的短波测向方法 - Google Patents

一种基于极化修正的短波测向方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于极化修正的短波测向方法，用于短波天线阵，天线阵由M个水平极化天线阵元按照圆形阵排列组成，M≥3，天线阵元间隔为θ（根据天线波束宽度确定）：设有一个具有中心频率的空间窄带平面波以角入射到该天线阵，根据若干步骤，得到扫描角‑相关系数曲线，相关系数最大点对应的扫描角即为来波方向，该频点测向结束。本发明所公开基于极化修正的短波测向方法，通过对来波极化分量的修正，消除极化分量对测向的干扰。与现有的短波测向算法相比，显著优点在于：对带有极化分量的来波有较为明显的修正效果，能够测得更为准确的来波方向。

Description

一种基于极化修正的短波测向方法
技术领域
本发明属于短波测向领域，特别涉及该领域中的一种基于极化修正的短波测向方法。
背景技术
短波测向是依据电磁波传播特性、利用短波天线阵及其测向仪器设备测定来波方向的过程。将短波天线接收的电磁信号进行处理，从而测定来波方向的方法称为测向算法。测向算法可分成两大类：标量法和矢量法。标量法是利用接收信号的幅度或相位中的一项进行测向的算法，矢量法则可同时利用幅度和相位信息进行测向。本申请中极化修正短波测向方法就是基于矢量法进行测向的。
在实际测向中，真实的天波信号一般为椭圆极化波，包含水平和垂直极化分量，常用的测向天线多为线极化天线，在测向过程中会受到来波信号极化分量的影响，极化分量会增加测向误差，严重影响测向结果，甚至会导致完全错误的测向结果，因此短波测向必须消除极化分量对测向的影响。但是截至目前，查阅国内相关文献，针对短波测向的极化修正方法尚未有公开报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于极化修正的短波测向方法，其与传统短波测向算法的最主要区别是：首先对各天线阵元的实际接收数据做极化修正，用修正后的响应数据进行测向计算，从而消除来波极化分量对短波测向的影响。
本发明采用如下技术方案：
一种基于极化修正的短波测向方法，用于短波天线阵，天线阵由M个水平极化天线阵元按照圆形阵排列组成，M≥3，天线阵元间隔为θ(根据天线波束宽度确定)，其改进之处在于：
设有一个具有中心频率ω0的空间窄带平面波以角Θ1入射到该天线阵，其中Θ1＝(θ1,φ1)，θ1和φ1分别是该来波信号的仰角和相位角，0≤θ1＜90°，0≤φ1＜360°，如图1所示，则天线阵第m个阵元的输出xm(t)表示为：
Figure BDA0003381894390000011
1≤m≤M，s(t)为入射天线阵的源信号、为来波信号幅度因子，jω0为来波信号的相位因子，nm(t)为第m个阵元的加性噪声，τm(Θ1)为来波信号投射到第m个阵元时的相对时延；
步骤1，记各天线阵元的实测值cv_M，cv_M＝[cv1,…,cvN,…,cvM]，该cv_M为M维复数数组，并求得各天线阵元实测接收信号的幅度值，比较选择幅度最大值及其对应的天线方向θN；
步骤2，记最大幅度值对应的天线阵元为N，选定N-i，…，N-1，N，N+1，…，N+i,共2*i+1个天线阵元作为参与运算的测向天线阵元(i根据天线类型及波束宽度确定)；
步骤3，以天线阵元N为中心，设定扫描角fai_scan，扫描范围θN-i*θ≤fai_scan≤θN+i*θ，扫描精度Δθ根据测向精度要求，可取0.1°、0.5°、1°、2°等；
步骤4，采用数值方法计算上述2*i+1个天线阵元的理论主极化响应，记为cv，cv＝[xn-i，…，xn-1，xn，xn+1，…，xn+i]，该cv为2*i+1维复数数组；
步骤5，从步骤1所得天线阵元的实测值数组cv_m中，取接收幅度最大的天线阵元N-i对应的天线实际接收数据，记为cvN-i；
步骤6，通过插值计算第N-i天线阵元关于扫描角fai_scan对称点的响应值，记为cv'N-i，并计算(cvN-i+cv'N-i)/2，作为第N-i天线阵元的修正响应数据；
步骤7，按照步骤6的方法依次计算步骤2中选定的其余2*i个天线阵元的修正响应数据，将这2*i+1个数据按照顺序存储，并记为cv1，该cv1为2*i+1维复数数组；
步骤8，计算cv和cv1的相关系数R：
Figure BDA0003381894390000021
上式中，x是cv数据，
Figure BDA0003381894390000022
是指cv数据均值，y是cv1数据，
Figure BDA0003381894390000023
是指cv1数据均值；
步骤9，在扫描范围内，每间隔Δθ取一次fai_scan，重复步骤5-8，依次计算cv和cv1的相关系数，得到扫描角-相关系数曲线，相关系数最大点对应的扫描角即为来波方向，该频点测向结束。
本发明的有益效果是：
本发明所公开基于极化修正的短波测向方法，通过对来波极化分量的修正，消除极化分量对测向的干扰。与现有的短波测向算法相比，显著优点在于：对带有极化分量的来波有较为明显的修正效果，能够测得更为准确的来波方向。
附图说明
图1是短波天线阵接收模型；
图2是本发明实施例1短波天线阵的示意图；
图3是在某次测向试验中实际采集的2.4MHz的响应曲线；
图4是2.4MHz来波90°、主仰角46°的主极化理论响应曲线；
图5是某次试验进行极化修正计算所得的扫描角-相关系数曲线；
图6是某次试验未进行极化修正计算所得的扫描角-相关系数曲线；
图7(a)是对实际采集的天波信号采用普通测向方法的测向结果示意图(2.4MHz来波信号、真实来向28.7°、128次采样)；
图7(b)是对实际采集的天波信号采用本发明测向方法的测向结果示意图(2.4MHz来波信号、真实来向28.7°、128次采样)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的技术方案是提供实际极化来波测向的计算方法、根据所述方法的计算结果确定带有极化来波的方位,设定某方向信号源，其发射的来波信号满足以下条件：
(1)远场：假设接收天线阵列位于信号源的远场，信号波前到达阵列时可近似为平面波，天线阵列的几何孔径远小于信源与天线阵的距离；
(2)窄带：假设信号带宽远小于信号的中心频率；
Figure BDA0003381894390000031
其中B为信号带宽，fc为信号的中心频率；
(3)来波方向：假设入射到天线阵的信源为点源，使其辐射张角为零，即来波相对方向唯一；
(4)噪声：假设各天线单元在接收信号时的噪声相互独立，且与信号相互独立，并满足均值为0、方差为σ2的高斯白噪声。
实施例1，某短波大型测向天线阵***中，采用36阵元鱼骨天线按照圆形阵排列，天线阵元间隔θ＝10°，如图2所示，鱼骨天线是水平定向天线。
在某次试验中，该天线阵实际采集的2.4MHz、真实来波方向为28.7°的实测响应如图3所示，图中纵坐标为的接收的信号幅度，横坐标为16信道接收机连接的16副天线对应的方位角度，图中曲线为128次连续采集数据曲线。
由于图3中曲线为128次连续采集数据曲线，从图中可以大致看出不同次曲线第2副或者第8副天线的接收信号的幅度值最大，统计这128次采样数据，可以得到幅度最大值对应的天线单元N＝8，该天线单元正对来波方向为60°；
由于天线阵列为36元鱼骨阵，由鱼骨天线的波束宽度确定i＝2，当N＝8时，选定第6、7、8、9、10共5副天线的接受响应参与测向计算；
以第8副天线为中心，设定扫描角fai_scan，扫描角的扫描范围30°≤fai_scan≤9°，扫描精度Δθ＝0.1°；
通过数值计算，当有一个2.4MHz的来波信号入射至该天线阵时，其水平极化理论接收响应如图4所示；
通过极化修正测向方法计算，得到扫描角-相关系数曲线，如图5所示，从图中可以得到相关系数最大点对应的扫描角度为32.0°，则表示通过极化修正方法得到来波方向为32.0°；图6则是未进行极化修正计算所得的扫描角-相关系数曲线；
计算连续采样128次的天线阵列接收数据的示向度，如图7(b)所示，横坐标为采样次数，纵坐标为示向度，统计其示向度结果为30.9°，与真实来向偏差了2.2°；相较于采用传统短波测向方法，对同样的数据进行测向，可得到图7(a)示向度结果，统计值为56.8°，与真实来向偏差了28.1°。
通过上述实施方式过程中的对比，普通短波测向方法在实际测向中误差很大且不稳定，测向误差最大时超过20°。而极化修正测向方法对实际信号也计算出了较准确的测向结果，有效消除了垂直极化分量对测向的影响。

Claims (1)

1.一种基于极化修正的短波测向方法，用于短波天线阵，天线阵由M个水平极化天线阵元按照圆形阵排列组成，M≥3，天线阵元间隔为θ，其特征在于：
设有一个具有中心频率ω0的空间窄带平面波以角Θ1入射到该天线阵，其中Θ1＝(θ1,φ1)，θ1和φ1分别是该来波信号的仰角和相位角，0≤θ1＜90°，0≤φ1＜360°，则天线阵第m个阵元的输出xm(t)表示为：
Figure FDA0003381894380000011
1≤m≤M，s(t)为入射天线阵的源信号、为来波信号幅度因子，jω0为来波信号的相位因子，nm(t)为第m个阵元的加性噪声，τm(Θ1)为来波信号投射到第m个阵元时的相对时延；
步骤1，记各天线阵元的实测值cv_M，cv_M＝[cv1,…,cvN,…,cvM]，该cv_M为M维复数数组，并求得各天线阵元实测接收信号的幅度值，比较选择幅度最大值及其对应的天线方向θN；
步骤2，记最大幅度值对应的天线阵元为N，选定N-i，…，N-1，N，N+1，…，N+i,共2*i+1个天线阵元作为参与运算的测向天线阵元；
步骤3，以天线阵元N为中心，设定扫描角fai_scan，扫描范围θN-i*θ≤fai_scan≤θN+i*θ，扫描精度Δθ取0.1°、0.5°、1°或2°；
步骤4，采用数值方法计算上述2*i+1个天线阵元的理论主极化响应，记为cv，cv＝[xn-i，…，xn-1，xn，xn+1，…，xn+i]，该cv为2*i+1维复数数组；
步骤5，从步骤1所得天线阵元的实测值数组cv_m中，取接收幅度最大的天线阵元N-i对应的天线实际接收数据，记为cvN-i；
步骤6，通过插值计算第N-i天线阵元关于扫描角fai_scan对称点的响应值，记为cv'N-i，并计算(cvN-i+cv'N-i)/2，作为第N-i天线阵元的修正响应数据；
步骤7，按照步骤6的方法依次计算步骤2中选定的其余2*i个天线阵元的修正响应数据，将这2*i+1个数据按照顺序存储，并记为cv1，该cv1为2*i+1维复数数组；
步骤8，计算cv和cv1的相关系数R：
Figure FDA0003381894380000021
上式中，x是cv数据，
Figure FDA0003381894380000022
是指cv数据均值，y是cv1数据，
Figure FDA0003381894380000023
是指cv1数据均值；
步骤9，在扫描范围内，每间隔Δθ取一次fai_scan，重复步骤5-8，依次计算cv和cv1的相关系数，得到扫描角-相关系数曲线，相关系数最大点对应的扫描角即为来波方向，该频点测向结束。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114415107A (zh) * 2022-04-01 2022-04-29 中国电子科技集团公司第二十九研究所 用于提高阵列测向精度的极化测量方法、***及存储介质
CN114609579A (zh) * 2022-03-23 2022-06-10 电子科技大学 一种散焦测向误差校正方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2407026C1 (ru) * 2009-06-26 2010-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (государственный технический университет) (МАИ) Способ пеленгации узкополосных радиосигналов кв диапазона
CN108051772A (zh) * 2017-10-25 2018-05-18 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 幅相联合测量来波方位信息的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2407026C1 (ru) * 2009-06-26 2010-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (государственный технический университет) (МАИ) Способ пеленгации узкополосных радиосигналов кв диапазона
CN108051772A (zh) * 2017-10-25 2018-05-18 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 幅相联合测量来波方位信息的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱子翰;: "短基线高精度测向算法及实现", 电子设计工程, no. 01, 5 January 2020 (2020-01-05) *
杨艳;王艳温;: "极化敏感阵列的DOA估计技术", 硅谷, no. 14, 23 July 2012 (2012-07-23) *
裴培;韩玉辉;王鹏毅;: "超宽带阵列天线的接收波束形成研究", 无线电工程, no. 05, 5 May 2009 (2009-05-05) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114609579A (zh) * 2022-03-23 2022-06-10 电子科技大学 一种散焦测向误差校正方法
CN114415107A (zh) * 2022-04-01 2022-04-29 中国电子科技集团公司第二十九研究所 用于提高阵列测向精度的极化测量方法、***及存储介质

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