[发明专利]一种多基线相位-相位谱干涉仪测向装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多基线的相位一相位谱干涉仪测向装置，具体涉及该测向装置中的数字处理算法及相应的硬件单元。

背景技术

无源定位技术是利用被探测目标自身的电磁辐射来实现目标定位的技术。由于定位系统自身不发射电磁波，因而可以避开反雷达设备，对目标进行隐蔽地探测和定位，具有抗干扰能力强、作用距离远等一系列优点。

无源定位技术的核心之一在于对电磁辐射源进行高精度的测向。目前已有多种测向算法投入实际应用。相比于需要进行二维谱峰搜索的空间谱测向算法，相位干涉仪算法因其方法简单、实现方便、计算速度快等特点而得到广泛应用。相位干涉仪算法成功应用的关键在于以下几个问题的解决：如何计算入射信号到达任意两个接收天线时的相位差、如何根据天线阵列流形来设计解相位模糊的策略、如何对多个不同频率的入射波进行测向。此前，人们较多关注解相位模糊问题，已提出了基于多基线的多种解模糊方法(包括相关干涉仪方法在内)，但对前述另两个问题却较少研究，也极少给出结合实际硬件平台的相位干涉仪算法的实现细节。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一种基于正交/非正交多基线的相位-相位谱干涉仪测向装置，该装置具有良好的测向精度和可靠性，能够解决单个窄带信号入射或多个异频窄带信号入射这两种典型情况下的信号波达方向估计问题。

本发明提供的一种多基线相位-相位谱干涉仪测向装置，其特征在于，该装置包括依次电连接的天线阵列、多通道数字接收单元和数字信号处理单元；

天线阵列用于接收VHF频段的电磁信号，并将接收到的电磁信号分别传送给多通道数字接收单元；

多通道数字接收单元对天线阵列所接收到得电磁信号进行模拟滤波、放大、混频处理，然后经过ADC同步采样得到具有数字信号，最后，经过预处理后提供给数字信号处理单元；

数字信号处理单元根据天线阵列的流形，实现正交/非正交多基线相位干涉仪测向功能和相位谱干涉仪测向功能，完成对单个窄带信号入射或多个异频窄带信号入射的信号波达方向估计；

所述数字信号处理单元包括互相关计算模块、FFT计算模块、数据分类缓存模块、数据输出控制模块、PCI上传模块、反三角函数计算模块、相位差计算模块、解相位模糊算法模块和DOA计算模块；

互相关计算模块对接收采集得到的数字信号，做通道间的互相关处理，得到所用基线的互相关平均值，并将计算得到的互相关信息通过数据组帧传输模块提供给数据分类缓存模块；

FFT计算模块对每个通道接收采样得到的数据做FFT处理，得到信号的频域信息，包括对通道直接做FFT得到的通道信号频谱信息和先对两通道做互相关计算，然后对计算得到的互相关做FFT处理得到的互相关频谱信息，并通过数据组帧传输模块提供给数据分类缓存模块；

数据分类缓存模块用于对接收到的数据进行分类缓存；

数据输出控制模块用于控制第二FPGA中的数据流走向，完成PCI上传模块对数据分类缓存模块和HPI接口模块中数据的分类有序的读取，同时也完成数据分类缓存模块和HPI接口模块之间的数据通信；

相位差计算模块利用互相关信息和信号的频域信息，针对窄频带单源和宽频带多源两种不同的信号入射，利用三种不同的方法计算得到基线的两端天线接收到的信号的相位差，并提供给解相位模糊算法模块；

解相位模糊算法模块利用确定无模糊的两短基线的相位差与可能存在模糊的长基线相位差的确定关系，来确定上述长基线相的位差，并提供给DOA计算模块；

DOA计算模块利用长基线相位差求得信号的入射方向，并存贮到DSP的外部存储模块中待用；

反三角函数计算模块采用分段展开泰勒级数的方法，用DSP实现定点化的反正切函数和反余弦函数的计算，供相位差计算模块和DOA计算模块调用；

PCI上传模块用于读取包括波形信息、DOA信息、互相关信息和信号的频域信息在内的各类数据，然后上传到PC机。

与其它的相位干涉仪测向装置相比，本发明公开的基于正交/非正交多基线的相位-相位谱干涉仪测向方法及数字处理装置，具有以下特点：

(1)使用两条彼此正交的长基线来计算接收信号的精确相位差，然后使用两条非正交的短基线来解除相位模糊。所使用的基线数少，并且具备0°～360°方位角和0°～90°仰角的全空域测量范围；

(2)采用多基线相位干涉仪算法计算单个窄带入射信号的波达方向，使用多基线相位谱干涉仪算法计算多个异频窄带入射信号的波达方向。避免了常规的相位干涉仪只能处理单个入射信号的问题；