[发明专利]一种基于相位差的入侵信号来波方向角度范围估计方法

说明书

本发明公开了一种基于相位差的入侵信号来波方向角度范围估计方法，属于信号检测技术领域。所述估计方法在空域对入侵信号进行识别得到角度估计值，并建立角度误差函数，估计入侵信号的信噪比，利用相位差数据以及来波信号的信噪比计算出未知辐射源相对于无人机的角度范围，实现在空域中的定向功能。本发明天线结构简单，计算量小，精度高；依据大量的统计数据得到角度误差随信噪比变化函数，具有高度的真实性与可信性。

技术领域

本发明属于信号检测技术领域，具体是指一种基于相位差数据的入侵信号来波方向角度范围估计方法。

背景技术

无人系统数据链承担着无人系统指挥控制和信息传输的重要任务，是无人系统的重要组成部分。在军事上，它可用于空中侦察、电子干扰、通信中继、目标定位、战场监视和边境巡逻等，民用上可用于航空摄影、灾情监测、地球物理探矿、航空摄影等。近年来随着无人系统的逐步完善，无人系统的应用逐渐呈现爆发式增长并对无人系统数据链在复杂环境下的安全性、可靠性和适应性提出了更高的要求。然而，现有的无人系统数据链在应用于强对抗环境下的信息传输、协同作战等重大需求任务时，还存在着抗干扰、抗截获、抗欺骗能力不足，对复杂电磁环境的认知能力的不足，对入侵信号位置估计能力不足等问题，缺乏灵活性和适应性，因此亟需一种准确迅速的入侵信号来波方向角度范围估计方法。

目前，利用外辐射信号的无源定向技术，主要是由定向系统通过接收这些直射信号和目标反射信号，测量它们的到达时间差、到达角和多普勒频移等观测信息，送入高速处理机处理和运算，最后实现对目标的探测和定向。根据孙仲康，陈辉煌教授在《定位导航与制导》的描述，1986年英国人就曾经把TDOA(Time difference of Arrival)应用到地面电视作为照射源探测民航飞机角度试验中。美国“沉默的哨兵”系统是利用商业TV信号和FM广播信号对空中目标进行探测定向定位系统，它的核心技术是无源相干定位(PCL)技术，它利用商业FM无线电台和TV台(50～800MHz)的连续载波,以及载波信号的包络，测量直射和反射信号间的TDOA的可区分特性，探测、跟踪和定位目标。在此算法处理过程中，利用信号的到达角、时间延迟和多普勒频移信息来对目标进行定位，并利用运动目标反射信号的多普勒频移计算速度矢量，分选出静止目标并去除，计算过程复杂。

发明内容

本发明为了简化角度估计的计算过程，更精确地判断出入侵信号的位置范围，提出了一种基于相位差的入侵信号来波方向角度范围估计方法，在空域对入侵信号进行识别，可以估计入侵信号的信噪比，利用相位差数据以及来波信号的信噪比计算出未知辐射源相对于无人机的角度范围，实现在空域中的定向功能。

本发明提供一种基于相位差的入侵信号来波方向角度范围估计方法，具体步骤如下：

第一步，计算角度估计值；

利用无人机机载天线测量得到相位差数据，根据相位差数据计算得到入侵信号相对于无人机的角度估计值。

第二步，做出角度误差函数；

将平面按照角度划分为三个区域，在每个区域内多次进行仿真实验，对比理论值与真实值得到不同信噪比下的角度误差统计结果，将统计结果拟合为角度误差随信噪比变化的函数，也称为角度误差函数。

第三步，计算信噪比；

基于谱分析方法，对接收到的信号进行快速傅里叶变换，使用韦尔奇周期图法得到信号功率谱密度并对其进行均值滤波，然后计算信号的起止频率，根据起止频率值将功率谱分割为信号部分与噪声部分，分别计算每一部分的功率值，可以求得信噪比的值。

第四步，计算角度范围；

将信噪比的值输入至角度误差函数中，得到角度误差，根据由相位差计算得到的角度估计值，得到入侵信号的来波方向角度范围。

本发明的优点在于：