CN114609579B - 一种散焦测向误差校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线电测向技术领域，具体涉及一种散焦测向误差校正方法。本发明首先设置天线阵列的阵元数、阵元的位置，无线电信号的波长、天线阵列对未知方位的无线电信号的散焦测向、对已知方位的无线电信号的散焦测向、已知方位的无线电信号的方位，方位的量化间隔；然后由天线阵列的阵元数、各个阵元的位置，无线电信号的波长、已知方位的无线电信号的散焦测向和方位、未知方位的无线电信号的散焦测向，分别确定方向向量1、方向向量2和方向向量3；接着由方向向量1和方向向量2确定校正向量；最后由校正向量和方向向量3，确定波束图，进而由波束图的最大值所对应的方位，确定未知方位的无线电信号的散焦测向误差校正后的测向结果。

Description

一种散焦测向误差校正方法

技术领域

本发明属于无线电测向技术领域，具体涉及一种测向后对天线阵列接收通道相位响应不一致引起的测向误差的校正方法。

背景技术

在无线电测向领域，常采用天线阵列接收无线电信号，利用天线阵列中各个阵元接收信号的相位差信息对无线电信号进行测向。由于天线阵列中各个阵元接收信号的相位差信息不仅包括与无线电信号来波方向对应的相位信息，还包括天线阵列各个阵元接收通道的相位响应，因此，在测向前，需要将天线阵列各个阵元接收通道的相位响应调整成一致，使得天线阵列中各个阵元接收信号的相位差信息与无线电信号来波方向对应。如果天线阵列各个阵元接收通道的相位响应不一致，干涉仪、波束形成等测向方法将因为相位无法对齐导致的散焦问题而存在较大的测向误差，甚至失效。

在实际应用场景中，即使通过硬件优化将天线阵列各个阵元接收通道的相位响应尽量调整成一致，但是总是存在一定的误差。为了进一步抑制天线阵列各个阵元接收通道的相位响应不一致导致的无线电测向误差，测向设备在测向前，常先采用已知来波方向的校正信号源发射信号，利用天线阵列各个阵元的接收信号向量和由校正信号源已知的来波方向构建的方向向量之间的比对，估计天线阵列接收通道相位响应，在测向时，再利用估计的天线阵列接收通道相位响应对天线阵列各个阵元的接收信号进行相位补偿，从而校正天线阵列接收通道相位响应不一致引起的测向误差。但是，在很多应用中，天线阵列接收通道相位响应是时变的，测向设备没有持续可用的校正信号源，只能在散焦或相位没有对齐的情况下输出测向结果，并且不输出天线阵列各个阵元的接收信号。因此，有必要发展一种对散焦测向误差进行校正的方法，利用其它的无线电信号的来波方向信息，在散焦测向后校正天线阵列接收通道相位响应不一致引起的测向误差。

发明内容

本发明所要解决的问题就是针对天线阵列各个阵元接收通道的相位响应不一致的情况，如何利用天线阵列确定的未知方位的无线电信号测向、已知方位的无线电信号测向，在天线阵列各个阵元的接收信号未知的条件下，校正天线阵列接收通道相位不一致引起的测向误差，从而达到对散焦情况下确定的测向结果进一步进行校正的目的。

本发明的技术方案为：

一种散焦测向误差校正方法，首先设置天线阵列的阵元数、阵元的位置，无线电信号的波长、天线阵列对未知方位的无线电信号的散焦测向、对已知方位的无线电信号的散焦测向、已知方位的无线电信号的方位，方位的量化间隔；然后由天线阵列的阵元数、各个阵元的位置，无线电信号的波长、已知方位的无线电信号的散焦测向和方位，分别确定方向向量1和方向向量2；接着由方向向量1和方向向量2确定校正向量；其次由天线阵列的阵元数、各个阵元的位置，无线电信号的波长、未知方位的无线电信号的散焦测向，确定方向向量3；最后由校正向量和方向向量3，确定波束图，进而由波束图的最大值所对应的方位，确定未知方位的无线电信号的散焦测向误差校正后的测向结果。

本发明具体包括以下步骤：

S1、设置天线阵列的阵元数M、阵元的位置d_m，m＝1,2,…,M，无线电信号的波长λ、天线阵列对未知方位的无线电信号的散焦测向

对已知方位的无线电信号的散焦测向

已知方位的无线电信号的方位

方位的搜索集合θ_k，k＝1,2,…,K；

S2、由天线阵列的阵元数、各个阵元的位置，无线电信号的波长、已知方位的无线电信号的散焦测向和方位，确定方向向量1：

和方向向量2：

S3、由方向向量1和方向向量2确定校正向量：

g＝a₁⊙a₂

其中，⊙表示两个向量的对应元素相乘；

S4、由天线阵列的阵元数、各个阵元的位置，无线电信号的波长、未知方位的无线电信号的散焦测向和校正向量，确定方向向量3：

S5、最后由方向向量3和方位的搜索集合θ_k，k＝1,2,…,K，确定波束图：

其中^H表示向量的共轭转置；进而由波束图的最大值所对应的方位下标：

确定未知方位的无线电信号的散焦测向误差校正后的测向结果为

本发明的有益效果是：使用本发明提出的一种散焦测向误差校正方法，利用已知方位的无线电信号的散焦测向及其已知的方位，在对未知方位的无线电信号进行散焦测向后，校正天线阵列接收通道相位响应不一致引起的散焦测向误差，从而在天线阵列各个阵元的接收信号未知的条件下，达到对未知方位的无线电信号的散焦测向进行误差校正的目的。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实用性进行分析。

实施例

在本例中，设置天线阵列的阵元数M＝4、阵元的位置d_m＝0.5(m-1)，m＝1,2,…,M，无线电信号的波长λ＝1、对已知方位的无线电信号的散焦测向

度、已知方位的无线电信号的方位

度，方位的搜索集合θ_k＝-60+0.2(k-1)，k＝1,2,…,601。

未知方位的无线电信号的方位在-60度到60度之间按照均匀分布随机选取200个，天线阵列对每个未知方位的无线电信号进行散焦测向。在接收信号信噪比为14.0dB，相对于天线阵列的第一个阵元，第2、3和4个阵元的相位相应分别为50.24度、17.43度和49.71度的情况下，散焦测向误差小于1度、2度、3度和4度的比例分别为5.00％、13.50％、28.00％和45.50％，而利用本发明方法，散焦测向误差校正后的测向误差小于1度、2度、3度和4度的比例分别为34.50％、61.50％、82.50％和93.00％，达到了在散焦测向后进行误差校正的目的。

Claims (1)

1.一种散焦测向误差校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设置天线阵列的阵元数为M、阵元的位置为d_m，m＝1,2,…,M，无线电信号的波长为λ、天线阵列对未知方位的无线电信号的散焦测向为

对已知方位的无线电信号的散焦测向为

已知方位的无线电信号的方位为

方位的搜索集合为θ_k，k＝1,2,…,K；

S2、由天线阵列的阵元数、各个阵元的位置，无线电信号的波长、已知方位的无线电信号的散焦测向和方位，确定第一方向向量a₁：

和第二方向向量a₂：

S3、由第一方向向量a₁和第二方向向量a₂确定校正向量g：

g＝a₁⊙a₂

其中，⊙表示两个向量的对应元素相乘；

S4、由天线阵列的阵元数、各个阵元的位置，无线电信号的波长、未知方位的无线电信号的散焦测向和校正向量，确定第三方向向量a₃：

S5、最后由第三方向向量a₃和方位的搜索集合θ_k确定波束图：

其中^H表示向量的共轭转置；进而由波束图的最大值所对应的方位下标：

获得对未知方位的无线电信号的散焦测向误差校正后的测向结果为