[发明专利]一种基于改进混合基线的任意阵列干涉仪测向方法

说明书

本发明一种基于改进混合基线的任意阵列干涉仪测向方法。包括在任意阵列上建立坐标系；从阵列中选择多个基线对并计算各基线测量相位差的模糊数范围；以模糊数范围为界，生成方向函数组，并删除其中绝对值大于1的数，再对剩余的进行归一化得到改进方向函数；对改进方向函数组进行聚类分析，选出聚类程度最高的用于估计来波方向。与现有技术相比，提出的干涉仪测向方法对任意阵列有效。本发明提出的改进混合基线法一方面基线对的选择非常灵活，可以任意选择等长和不等长基线，对基线的斜率也没有要求，从而可充分利用阵列基线；另一方面采用了归一化手段对用于聚类的方向函数进行了改进，两者结合有助于提高解干涉仪相位模糊的成功概率。

技术领域

本发明属于雷达及通信技术领域，特别涉及利用相位干涉仪方法测定电磁波信号的来波方向，具体是一种基于改进混合基线的任意阵列干涉仪测向方法。

背景技术

阵列测向是阵列信号处理的一个重要分支，广泛应用于通信、雷达、导引头和声纳等民用和军用领域。用于实现测向的阵列有多种结构可供选择，一般较受欢迎的有均匀线阵或均匀圆阵。前者可以采用快速测向算法，后者除了可以方便算法选择还可以留出阵面空间以安装其他传感装置。但在某些情况下，由于空间限制原因，阵列结构的规则性无法被满足，只能采用非规则阵列。因此，为应对实际问题的需要，有必要研究任意阵的测向技术。

相对于其他测向方法，相位干涉仪(简称干涉仪)法具有结构简单易于实现并且精度高的优点而得到广泛应用。在干涉仪测向中，首先要解决的就是相位模糊的问题。对于均匀圆阵，《圆阵相位干涉仪二维测向解模糊新方法》(谢立允,王广松,戴旭初.圆阵相位干涉仪二维测向解模糊新方法[J].遥测遥控,2007,28(5):53-59)，提出了基于等长基线对应的方向函数聚类的解模糊算法，但该算法需要设置聚类门限。《圆阵干涉仪测向研究》(王琦.圆阵干涉仪测向研究[J].航天电子对抗,2009,25(5):33-35)在此基础上进行了改进，提出了一种无需聚类门限的解模糊方法，增加了算法的鲁棒性。以上两种算法只能基于等长基线进行聚类。申请号为201910086721.1的专利公开了基于混合基线法将等长基线聚类拓展至非等长基线聚类，但该方法仍只能应用于规则阵列，而无法应用于任意阵列。针对任意阵列解模糊，司伟建等人提出了立体基线法，通过对最终角度的聚类实现解模糊。但该算法需要额外解一个叫做方位角的镜像模糊，并且出于解镜像模糊的需要，所选基线对的两个基线必须斜率相反，使得其在基线对选择方面缺乏灵活性，不能充分利用阵列基线。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于改进混合基线的任意阵列干涉仪测向方法，解决现有技术中规则阵列干涉仪解模糊方法无法应用于任意阵列，以及已有的任意阵干涉仪解模糊方法存在基线选取缺乏灵活性，不能充分利用阵列基线的问题。

一种基于改进混合基线的任意阵列干涉仪测向方法，具体包括以下步骤：

步骤一、建立三维坐标系

将M元阵列放置于X-Y平面中，将阵元由1至M编号，阵元m的位置用极坐标表示为(r_m,θ_m)，r_m表示阵元m到原点的距离，θ_m表示由X轴正轴逆时针到阵元m与原点连线的夹角。目标信号的来波方向用(α,β)表示，α∈[0,2π)为X轴正轴逆时针到来波方向在X-Y平面投影的夹角，表示方位角；β∈[0,π/2]为来波方向与Z轴的夹角，表示俯仰角。

所述阵列为任意阵列。

步骤二、选择基线对并计算模糊数范围

从步骤一的M元阵列中，选取L个基线对，每个基线对由两根基线构成。阵元m与阵元n的连线组成基线mn，其测量相位差模糊数范围为[-K_mn,K_mn]，其中，表示向下取整，l_mn为基线mn的长度；β_max为最大俯仰角，λ_min为信号最小波长，分别根据测向指标中的视场角范围和工作带宽确定。