[发明专利]一种基于时间调制阵列的无人机侦测方法

说明书

本发明提出一种基于时间调制阵列的无人机侦测方法，属于无人机探测技术领域。包括：对每个天线单元进行周期性调制后所接收到的多路信号合为一路；合路后的信号进行下变频至中频模拟信号，通过ADC模块进行采样得到相应的数字信号序列s(n)；将数字信号分离重组为多组数字信号，进而得到各组信号的谐波分量；将各组频率分量组合成新的阵列信号谐波矢量，并求取其自相关矩阵；根据DOA估计的子空间算法，求得信号的DOA估计角度；根据估计出的无人机飞控图传信号的DOA，解算无人机的方位。本发明将原本合为单路的信号在基带数字信号中进行拆分，分别进行时频转换，从而提高了测向精度，通过改进了天线响应矢量，进而消除了虚假谱峰。

技术领域

本发明属于无人机探测技术领域，涉及基于调制天线阵列的无人机信号波达角估计方法，具体涉及一种基于时间调制阵列的无人机侦测方法。

背景技术

随着无人机在空中活动量的飞速发展，国内外关于无人机系统安全和管制工作纷纷展开。航空发达国家均将无人机系统综合到国家空域系统列为国家级优先任务，无人机系统安全是公众安全和空中运输领域关切的焦点。尤其是近年来无人机“黑飞”现象严重，威胁人民生命财产安全的现象已多次发生，针对无人机尤其是民用无人机的探测及反制成为各国各相关机构企业研究的热点。

民用级无人机具有“低、慢、小”的特点，其电磁波反射面小，红外特征低，飞行速度慢，对探测设备来说是一个不小的挑战。传统的雷达探测、红外探测等手段不仅成本高昂，且探测效果并不理想。而被动式无源侦测手段，是针对此类无人机的十分重要的探测手段之一，其原理是通过侦测无人机的数传图传信号方位，来实现无人机的发现及定位。其中较常见的是利用阵列天线进行无人机信号的波达角(Direction of Arrival,DOA)估计，估计其来波方向，从而实现对无人机的探测。

现有的被动式无人机信号DOA估计侦测手段多数是基于传统的直线均匀天线阵列估计无人机数传及图传信号的DOA，从而实现无人机的侦测。基于调制天线的DOA估计算法已被提出，利用调制阵列天线所产生的接收信号的谐波分量，来进行DOA估计。利用调制阵列天线来发现“黑飞”无人机的探测系统如图1所示，主要的方法有比幅测向法、扫描法、基于谐波分量的多重信号分类(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法等。其中基于谐波分量的MUSIC算法对调制天线的接收信号进行时频转换，得到其各次谐波分量，采用MUSIC算法实现DOA估计。但此方法具有诸多弊端，首先该方法产生了虚假谱峰，严重削弱天线阵列测向能力，现有基于时间调制阵列谐波分量的波达角MUSIC估计方法，会存在虚假谱峰，极大的限制了该方法在全向范围内测向；同时，波达方向越接近虚假谱峰，其测向精度越差；甚至在虚假谱峰附近已经完全无法分辨出信号谱峰。上述问题限制了传统基于时间调制阵列(Time Modulated Array，TMA)的谐波分量的MUSIC方法在实际工程中的应用。

发明内容

针对传统的基于TMA的谐波分量的MUSIC方法存在产生的虚假谱峰，对探测无人机时存在测向不精确、不能在全向范围内测向等问题，本发明提供了一种基于时间调制阵列的无人机侦测方法。

本发明提供的一种基于时间调制阵列的无人机侦测方法，包括如下步骤：

步骤1：时间调制阵列通过周期性的开关控制信号，控制每个天线单元周期性选通，当天线单元被选通时，入射到天线单元的无人机的飞控图传信号将传输给功率分配器，功率分配器将多个天线单元所传输来的多路射频模拟信号合并为一路。

步骤2：对合路后的射频模拟信号进行下变频至中频模拟信号，对中频模拟信号滤波，再进行模数转换得到数字信号s(n)，n为采样序号。