[发明专利]多普勒测向方法

说明书

技术领域

本发明属于测向定位和信号处理技术领域，具体设计一种能提高测向精度的多普勒测向方法，可用于单通道多普勒测向系统。

背景技术

伴随着无线电通信信息技术的发展，现代应用场景的增多，无线电测向设备越来越普及，多普勒测向技术也得到了长足地发展。在过去的一个世纪里，多普勒测向机的发展势头非常强劲，国内外的各大厂家都采用了很多的新技术和算法，很大程度上促进了多普勒测向机向更加准确、灵敏、极化误差小的方向发展，多普勒测向机的性能也因此极大地提升了，这对于发展我国无线电监测事业非常重要的。

2007年莫景琦发表的期刊文章“对一些无线电测向技术问题的研讨”中对天线孔径和天线数量进行了探讨，并计算出如何选择能达到系统最优化，《中国无线电》，(2):52-54。2008年赛景波和杨元发表的期刊文章“多普勒无线电测向系统”中提出了一种新的单通道多普勒测向系统结构，《电子产品世界》，(10)：124-126。该方法通过高速比较器来消除无线电信号的幅度调制信息对测向结果的不利影响，并通过改变电子开关的开关频率来减小测向结果的结算误差。2009年严鹏发表的期刊文章“单通道多普勒测向技术研究”中提出了一种相位干涉法和多普勒测向原理相结合的单通道多普勒测向技术，《制导与引信》，30(4):46-48,58。该方法用一路输入就可以实现窄带信号测向。2011年孟祥豪、罗景青和吴世龙等发表的期刊文章“圆阵单通道顺序采样二维超分辨测向算法”中提出圆阵单通道顺序采样二维超分测向的算法，《探测与控制学报》，33(4)：56-59，63。该算法将圆阵多次轮巡所得的顺序采样数据等效为每个阵元同时采样并进行多次快拍的数据,并通过构建单通道圆阵特有的含有开关切换时间间隔的导向矢量,采用等效加权的MUSIC算法,实现对信号的测向。

上述方法在单通道多普勒这一通信场景下存在以下不足：

1、没有考虑和消除天线相位差对测向精度的影响，使得算法的正确率下降甚至失效；

2、没有考虑不同天线具有不同初始相位，从而在鉴相时产生误差，导致测向不圆性的发生；

3、算法复杂，在小容量FPGA芯片上实现困难。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有方法的不足，提供一种多普勒测向方法，以减小多普勒测向的不圆性，提高测向精度。

为实现上述目的，本发明的实现方案包括如下：

(1)接收待处理的测向信号数据s(t)，并对其进行3级带通滤波后变为中频信号g(t)；

(2)对中频信号g(t)进行数据累加预处理，得到累加后的信号h(t)：

(3)根据累加后的信号h(t)和本振信号，得到同相信号I(t)和正交信号Q(t)两路信号：

其中为第一本振信号，为第二本振信号，f₀为本振频率，为估计相位，T为相邻天线开关选通时间间隔，t为时间，n＝0、1、2、3为天线序号；

(4)将同相信号I(t)和正交信号Q(t)这两路信号分别进行低通滤波，得到滤波后的同相信号|I|和正交信号|Q|为：

|I|＝1/2*A(t)cos(Ψ(t+nT)+m cos(2πn/N-θ))，

|Q|＝1/2*A(t)sin(Ψ(t+nT)+m cos(2πn/N-θ))，

其中，T为相邻天线开关选通时间间隔，N为天线总个数，θ为来波方向，A为接收信号幅度，m为信号调制度，Ψ为接收信号相位，t为时间，n＝0、1、2、3为天线序号；

(5)将同相信号|I|和正交信号|Q|这两路信号依次进行锁频环和锁相环，得到估计的本振信号频率f₁和估计相位并用该f₁和分别替换原本振信号频率f₀和原本振信号相位以实现频率和相位的同步；

(6)利用同相信号|I|和正交信号|Q|这两路信号进行反正切计算，并将反正切计算的数据按天线序号分成S₁、S₂、S₃和S₄这四段数据，将分段后的数据分为两路，第一路数据为：S₁-S₂-S₃+S₄，第二路数据为：-S₁-S₂+S₃+S₄，再将这两路数据进行反正切计算，得到来波的方位角θ：

本发明与现有技术相比，具有以下特点：