[发明专利]单射频通道空间谱估计测向系统与方法

说明书

本发明提供了一种单射频通道空间谱估计测向系统与方法，本发明针对无线通信、雷达、导航以及无线电频谱管理中的无线电测向问题，利用多个天线单元以及单射频通道，实现超分辨率的空间谱估计测向，对各天线单元上接收的无线电信号进行周期性调制，并利用功率合路器合并为一路射频信号，经过下变频、模数转换后，在数字域内对其进行频谱分析，并利用周期调制产生的基波分量与谐波分量构建信号的自相关矩阵，随后利用多信号分类或旋转不变子空间算法等对来波方向进行估计。本发明能显著降低现有空间谱估计测向系统的复杂度和成本，尤其适用于低成本、高精度的无线电测向系统中。

技术领域

本发明涉及无线电工程技术领域，具体地，涉及一种使用单射频通道进行空间谱估计测向的系统和方法。

背景技术

传统的空间谱估计测向系统具有多个射频通道，需要对每个射频通道接收的信号进行低噪声放大、下变频、低通滤波、驱动放大以及模数转换。在数字域内，利用各单元通道上接收的信号来计算信号的自相关矩阵，再对自相关矩阵进行特征分解来估计信号的入射方向。为得到较好的测向精度，其阵列规模通常较大。相应的，传统的空间谱估计测向系统的复杂度及成本均较高。另外，由于各射频通道的幅度和相位不一致，为保证测向性能，通常需要设计复杂的校准算法对其进行校准。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种单射频通道的空间谱估计测向系统和方法。

根据本发明提供的一种单射频通道空间谱估计测向系统，包括：

多路天线单元：接收远场的无线电信号；

调制开关：对接收的无线电信号进行周期性地调制；

功率合路器：将经周期调制的各天线单元上接收的无线电信号合并为一路；

接收射频通道，包括：低噪声放大器、混频器、射频本振、低通滤波器、驱动放大器以及模数转换器；

所述接收射频通道：将接收的无线电信号进行低噪声放大并变换至中频，经过低通滤波器滤除混频产生的高频信号后，经驱动放大器放大，再由模数转换器将其采样至数字域；

信号处理与控制单元：对调制开关进行周期性调制；对接收的数字无线电信号进行频谱分析、求解阵列流型矢量、计算自相关矩阵以及进行信号特征分解，进而实现对无线电信号的测向。

优选地,所述信号处理与控制单元由FPGA、DSP或MCU组成。

优选地,所述接收射频通道通过低噪声放大器、混频器以及射频本振将接收的无线电信号进行低噪声放大并变换至中频。

根据本发明提供的一种单射频通道空间谱估计测向方法，包括：

步骤S1：对各天线单元通道上的单刀单掷射频开关进行周期性调制，并依据调制时序计算由各单元通道上的谐波系数组成的谐波特征矩阵；

步骤S2：将谐波特征矩阵的逆矩阵乘以谐波特征向量得到阵列流型矢量；

步骤S3：由阵列流型矢量计算阵列接收信号的自相关矩阵；

步骤S4：对得到的自相关矩阵进行特征分解，由空间谱估计算法计算无线电信号的入射方向。

优选地,所述步骤S1：对各天线单元上接收的射频信号进行周期性调制，并利用合路器将多路射频信号合并为一路射频信号。

优选地,所述步骤S3：对合并后的射频信号中的基波分量与谐波分量进行频谱分析，通过调制时序、基波以及谐波的频谱来构建信号的接收信号的自相关矩阵。

优选地,所述步骤S4：对构成的接收信号的自相关矩阵进行特征分解，再利用空间谱估计算法估计来波方向。