[发明专利]一种多通道空间谱估计测向系统及方法

说明书

本发明提供了一种多通道空间谱估计测向系统及方法，系统包括天线阵列、射频开关矩阵、多通道接收机、射频开关矩阵控制器、嵌入式计算机、校正信号源、校正分配网路、电源单元；多通道接收机在初始化工作时，进行了预校正处理，统一消除了各接收通道硬件上幅度、相位的固有误差。系统测向时，多通道接收机同步采集和测量校正信号源产生的标准源信号，形成校正数据，在预校正处理消除射频接收通道固有幅相误差的基础上，再利用校正数据对测量的信号数据进行一次幅相修正，尽可能确保各个接收通道数据的幅相一致性，既消除了固有的幅相误差也解决了多次信号数据测量时信号的瞬态信号特征的不一致的问题，提高了空间谱估计测向系统的测向准确度。

技术领域

本发明涉及无线电测向技术领域，尤其涉及一种利用多通道接收机进行空间谱估计测向的系统和方法。

背景技术

空间谱估计是完全不同于传统的幅度测向法和相位测向法的新的测向方法。传统的测向方法只能对“单波”测向，也就是说，传统的测向机都是单波测向机。这种测向机在原理上要求进入其接收机的通带里的信号只有被测的一个。如果有其他信号与这一被测信号同时进入测向接收机的通道里，那么这一被测信号将受到干扰，而测向接收机很可能只能测量到信号场强最强的信号来波方向，或者就不能准确的测得信号的来波方向。运用空间谱估计体制的测向机则不然，它能够测量同时进入测向接收机的通带里的多个信号各自的来波方向，只要这些信号的数量不大于N-1（N是测向机的天线阵列天线元的数量）。因此，运用空间谱估计技术能获得比传统测向方法更高的测向准确度和测向灵敏度。

一般而言，空间谱估计测向的测向天线阵列天线元数应与测向接收机的通道数一致，当空间信号到达测向天线阵时，各个天线元所接收到的射频信号经射频开关矩阵后，同时被对应的多通道测向接收机各通道同步进行采集，一次性将天线阵列在同一时刻的信号数据采集完成，再通过空间谱估计算法估计出信号数量并对应计算出各个信号的示向度结果。

而在工程应用中，往往测向系统会面临诸多的实际问题，一方面，如多通道测向接收机的各接收通道的幅度和相位不可能完全一致；测向天线阵列与测向接收机之间的连接馈线长度及损耗也不可能完全一致，测向系统内部各开关矩阵通道之间的幅度和相位也不可能完全一致，这些因素都可能带来谱估计测向的测量误差。另一方面，出于系统性价比的考虑，往往测向接收机的接收通道数要少于空间谱估计测向的测向天线阵列的天线元数。随着接收通道数量的降低，要完成一次完整的测向天线阵列数据采集就需要通过射频开关矩阵进行多次切换，分批采集各天线元的信号数据。由于数据采集的分时进行，所以要将分次采集的数据汇聚为一次完整的扫描阵列信号数据，但每次采集信号的初始相位和瞬时幅度都可能不一致，这会导致测向计算出现差异，降低了空间谱估计测向的测向准确度。

发明内容

本发明提供一种多通道空间谱估计测向系统及方法，以提高空间谱估计测向的准确度。

本发明提供的一种多通道空间谱测向系统，包括天线阵列、射频开关矩阵、多通道接收机、射频开关矩阵控制器、嵌入式计算机、校正信号源、校正分配网路、电源单元；所述天线阵列，由N组天线元组成，用于接收空间电磁波信号，并将空间电磁波转换成为射频信号；所述射频开关矩阵，用于天线阵列各天线元信号的选择及切换；所述射频开关矩阵控制器由逻辑控制电路以及驱动电路组成，用于控制射频开关矩阵的开关切换；所述多通道接收机，包括X个射频接收通道、本振模块和数字信号处理模块，用于对射频信号的多通道并行采集及信号参数测量；所述嵌入式计算机用于实现空间谱估计测向算法的处理，以及测量结果数据的输出；所述电源单元用于为所述测向系统供电。

所述校正信号源产生标准源信号，由射频信号发生器及控制电路组成，可以产生不同频率的标准源信号，标准源信号通常为正弦单载波信号，信号源输出功率可根据射频接收通道的损耗大小进行适当的调整，以确保信号经射频线缆、校正分配网路后，到达多通道接收机射频接收通道端口的信号强度不低于信噪比20dB，以保证标准源信号的信号强度和质量。