CN117724035A - 基于两级校正的干涉仪测向定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于两级校正的干涉仪测向定位方法，属于雷达技术领域，首先对接收信号进行检测、实时校正、相位差测量、测向解模糊、定位处理，输出定位结果。首先接收通道对天线接收的信号进行处理，经过AD采样、FFT等处理得到接收信号到达不同天线的初相位，然后对长电缆产生的路径差进行实时校正；经过相位校正后的相位差中包含了角度信息，利用测量得到的相位差，通过最小二乘法估计出信号的方向余弦，得到脉冲的角度信息；最后利用测向信息进行最小二乘迭代定位解算，得到目标信号的位置信息估计；最后利用校正***的先验信息，对测量估计结果进行标校，进一步提升***测向定位的性能。

Description

基于两级校正的干涉仪测向定位方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种基于两级校正的干涉仪测向定位方法。

背景技术

在现代信号处理中，如何通过信号的检测、参数的测量估计来准确估计地面目标位置是目标识别、频谱感知、遥感的重点内容。空间探测技术具有全天候、全天时、覆盖范围广、精度高的优势，是获取信息的有力手段。随着空间探测技术在近些年快速发展，已经成为了数字信号处理不可或缺的一环。

为实现对信号方向的准确估计，雷达技术领域常采用多基线干涉仪进行测向定位，多基线干涉仪往往采用长短基线的构型来实现高精度的测向定位，此时由于电缆长度较长、易受温度等环境因素的影响，造成了信号在不同长电缆中产生了路径差，造成了相位差测量误差增大，严重影响了干涉仪测向定位体制的定位精度，造成了***探测能力的下降；同时，实际雷达***的工作环境复杂多变，其探测电磁频段内不可避免地存在多种非高斯、宽频带噪声干扰信号，由于雷达***的***误差、电磁传播等带来的误差，严重影响了目标辐射源的探测性能。对此，基于常见多基线干涉仪的体制，研究有效的降低***测量误差的方法，对于提升雷达的探测性能、具有重要意义。

发明内容

本发明提出了一种基于两级校正的干涉仪测向定位方法，实现了相位差的高精度估计，大大减小参数测量误差带来的影响，提升了干涉仪相位差估计的精度。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于两级校正的干涉仪测向定位方法，包括以下步骤：

步骤1、对雷达信号先进行AD采样，再进行信道化检测，得到各通道的信号脉冲序列，转入步骤2。

步骤2、对不同通道的信号脉冲序列中的信号分别作FFT（Fast FourierTransformation，快速傅里叶变换），得到信号的频域参数，利用频域参数得到信号的初相位值，各通道的初相位值相减得到多路通道间的相位差，以求得附带相位差信息的原始全脉冲，转入步骤3。

步骤3、利用自检校准源在工作频带内产生全频带的校正信号，并根据原始全脉冲 中当前信号的频点实时校正电缆、变频器件引入的相位误差，得到校正后的全脉冲，转 入步骤4。

步骤4、根据校正后的全脉冲中的相位差信息，利用最小二乘解模糊方法，进行测向解模糊，得到测向后的全脉冲中信号的方向余弦，获取脉冲角度信息，转入步骤5。

步骤5、对测向后的全脉冲进行信号分选，分选得到辐射源，利用校正***的先验标校信息，根据频点、通道、天线对***误差进行在线修正，得到修正后的方向余弦，进而得到方向余弦角度修正的辐射源，转入步骤6。

步骤6、对修正后的辐射源进行定位解算，假定目标距离接收机的距离为、辐射源 的位置，为大地坐标系到平台坐标系的姿态转移旋转矩阵，利用信号到达角的方向 余弦和，联合大地坐标系下接收机的位置，解算出辐射源位置。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

1）本发明通过相位差实时校正，实现了长基线干涉仪高精度相位差测量，提升对复杂环境的适应性。

2）本发明提出了基于最小二乘迭代计算进行二维测向定位的方法，进一步提升了测向定位的估计精度。

3）本发明提出了引入校正***的方法，实现了利用先验信息标校误差模型，有效修正了电磁环境下的***误差，提升测向定位性能指标，增加获取目标信息的准确率。

附图说明

图1为本发明基于两级校正的干涉仪测向定位方法流程图。

图2为本发明测向定位误差与角度误差关系示意图。

图3为本发明测角定位误差几何分布(GDOP)图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动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。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。

下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。

结合图1，本发明所述的一种基于两级校正的干涉仪测向定位方法，步骤如下：

步骤1、雷达信号进行AD采样后，进行信道化检测，得得到各通道的信号脉冲序列，转入步骤2。

步骤2、对不同通道的信号脉冲序列的信号分别作FFT，得到信号的频域参数，利用频域参数测量得到信号的初相位值，各通道的初相位值相减得到多路通道间的相位差，以求得附带相位差信息的原始全脉冲。对信号进行FFT可以快速测量得到信号的相位值，工程实现简单，计算量较小。

转入步骤3。

步骤3、利用自检校准源在工作频带内产生全频带的校正信号，并根据原始全脉冲 中当前信号的频点实时校正电缆、变频器件引入的相位误差，得到校正后的全脉冲，具 体包括以下步骤：

步骤31、利用自检校准源，对通道A和通道B实时测量校准源校正信号的相位差，再测量前置放大滤波模块后的通道相位差 利用和两组 相位差计算得到前置放大滤波模块与微波变频校准源之间长电缆的实时相位差。

步骤32、根据步骤31计算得到的长电缆的实时相位差，与不同通道间的 固定相位差、前置放大模块的绝对相位差，进行相位差校正，计算校正后通道 A、B间的真实相位差，具体计算表达式为：

，

步骤33、根据步骤32对所有通道间的相位差进行校正，并将校正后的相位差信息打入全脉冲中，得到校正后的全脉冲。

本发明的多基线干涉仪采用长短基线的构型来实现高精度的测向定位，由于电缆长度较长、易受温度等环境因素的影响，造成了长电缆为***引入了相位差，造成了相位差测量误差增大，严重影响了后一级的定位精度，造成了***探测能力的下降，本发明创新性的提出了两级校正的实时校正方案，实现了长基线干涉仪的高精度相位差测量，可以实时提升对复杂环境的适应性。

转入步骤4。

步骤4、根据校正后的全脉冲中的相位差信息，利用最小二乘解模糊方法，进行测向解模糊，得到测向后的全脉冲中信号的方向余弦，获取脉冲角度信息，转入步骤5。

步骤5、对测向后的全脉冲进行信号分选，分选得到辐射源，利用校正***的先验标校信息，根据频点、通道、天线对***误差进行在线修正，得到修正后的方向余弦，进而得到方向余弦角度修正的辐射源，具体包括以下步骤：

步骤51、对测向后的全脉冲进行分选，获取分选后的辐射源。

步骤52、利用多个校正***发射多个频点的已知合作信号，通过天线接收、构建先验误差修正参数矩阵，对实际接收到的分选后辐射源按照频点、通道调用误差修正参数，对***误差产生的相位差、天线位置误差等进行修正，得到修正后方向余弦，进而得到方向余弦角度修正的辐射源。

由于实际工程中雷达***的***误差、信号电磁传播影响等带来的误差，严重影响了目标辐射源的探测性能，本发明创新性的提出了引入校正***的方法，利用地面标校产生合作信号建立标校误差模型，利用先验信息有效修正了电磁环境下的***误差，提升了定位性能指标，增加获取目标信息的准确率。

转入步骤6。

步骤6、对修正后的辐射源角度信息进行定位解算，假定目标距离接收机的距离为、辐射源的位置，为大地坐标系到平台坐标系的姿态转移旋转矩阵，利用信号到达 角的方向余弦和，联合大地坐标系下接收机的位置，解算得到辐射源的位置信息， 具体包括以下步骤：

步骤61、构建辐射源定位解算方程，表达式如下：

，

式中，方向余弦，为大地坐标系到平台坐标系 的姿态转移旋转矩阵，大地坐标系下接收机的位置。

步骤62、根据定位解算得到的位置初值，利用非线性最小二乘估计方法，计算雅克比矩阵和残差，利用辐射源中的相位信息迭代估计得到辐射源位置结果。

经实测数据实验分析，如图2和图3所示，经过两级校正后，考虑测角误差一定范围内的情况下，定位精度在接收机下方1000km半径的范围内满足4km，接近于CRLB（Cramér-Rao low bound，克拉美-罗下限）。

Claims (4)

1.一种基于两级校正的干涉仪测向定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对雷达信号先进行AD采样，再进行信道化检测，得到各通道的信号脉冲序列，转入步骤2；

步骤2、对不同通道的信号脉冲序列中的信号分别作FFT，得到信号的频域参数，利用频域参数得到信号的初相位值，各通道的初相位值相减得到多路通道间的相位差，以求得附带相位差信息的原始全脉冲，转入步骤3；

步骤3、利用自检校准源在工作频带内产生全频带的校正信号，并根据原始全脉冲中当前信号的频点实时校正电缆、变频器件引入的相位误差/>，得到校正后的全脉冲，转入步骤4；

步骤4、根据校正后的全脉冲中的相位差信息，利用最小二乘解模糊方法，进行测向解模糊，得到测向后的全脉冲中信号的方向余弦，获取脉冲角度信息，转入步骤5；

步骤5、对测向后的全脉冲进行信号分选，分选得到辐射源，利用校正***的先验标校信息，根据频点、通道、天线对***误差进行在线修正，得到修正后的方向余弦，进而得到方向余弦角度修正的辐射源，转入步骤6；

步骤6、对修正后的辐射源进行定位解算，假定目标距离接收机的距离为、辐射源的位置/>，/>为大地坐标系到平台坐标系的姿态转移旋转矩阵，利用信号到达角的方向余弦和/>，联合大地坐标系下接收机的位置/>，解算出辐射源位置，计算表达式为：

，

其中，方向余弦。

2.根据权利要求1所述的基于两级校正的干涉仪测向定位方法，其特征在于，步骤3中利用自检校准源在工作频带内产生全频带的校正信号，并根据当前信号的频点实时校正掉电缆、变频器件引入的相位误差/>，得到校正后全脉冲，具体包括以下步骤：

步骤31、设有两个通道，分别为通道A和通道B，利用自检校准源，对通道A和通道B实时测量校准源校正信号的相位差，再测量前置放大滤波模块后的通道相位差/>，利用/>和/>两组相位差计算得到前置放大滤波模块与微波变频校准源之间长电缆的实时相位差/>；

步骤32、根据长电缆的实时相位差，与不同通道间的固定相位差/>、前置放大模块的绝对相位差/>，进行相位差校正，得到校正后的通道A、B间的真实相位差，具体计算表达式为：

，

步骤33、根据步骤32对所有通道间的相位差进行校正，并将校正后的相位差信息打入全脉冲中，得到校正后的全脉冲。

3.根据权利要求2所述的基于两级校正的干涉仪测向定位方法，其特征在于，步骤5中，对测向后的全脉冲进行信号分选，分选得到辐射源，利用校正***的先验信息，根据频点、通道、天线对***误差进行在线修正，得到修正后的方向余弦，具体包括以下步骤：

步骤51、对测向后的全脉冲进行分选，获取辐射源；

步骤52、利用多个校正***发射多个频点的已知合作信号，通过天线接收、构建先验误差修正参数矩阵，对实际接收到的分选后辐射源按照频点、通道调用误差修正参数，对***误差产生的相位差、天线位置误差进行修正，得到修正后的方向余弦。

4.根据权利要求3所述的基于两级校正的干涉仪测向定位方法，其特征在于，步骤6中，对修正后的辐射源进行定位解算，假定目标距离接收机的距离为、辐射源的位置/>，/>为大地坐标系到平台坐标系的姿态转移旋转矩阵，利用信号到达角的方向余弦/>和/>，联合大地坐标系下接收机的位置/>，解算得到辐射源的位置，具体包括以下步骤：

步骤61、构建辐射源定位解算方程，表达式如下：

，

式中，，/>为大地坐标系到平台坐标系的姿态转移旋转矩阵，大地坐标系下接收机的位置/>；

步骤62、根据定位解算得到的位置初值，利用非线性最小二乘估计方法，计算雅克比矩阵和残差，利用辐射源中的相位信息迭代估计得到辐射源位置。