專利名稱：三信道空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)，特別涉及一種三信道空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向方法。
背景技術(shù)：
空間譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)是一種不同于傳統(tǒng)的振幅測(cè)向法和相位測(cè)向法的全新測(cè)向方法，它是近三十年在經(jīng)典譜估計(jì)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是一種以多元天線陣結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為基礎(chǔ)的新型測(cè)向技術(shù)?？臻g譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)基本原理整個(gè)空間譜估計(jì)測(cè)向設(shè)備由三部分組成，即測(cè)向天線陣、同頻多信道接收機(jī)及測(cè)向算法處理器。測(cè)向天線陣接收空間電磁波，將轉(zhuǎn)換的電信號(hào)送到多信道接收機(jī)，每個(gè)天線對(duì)應(yīng)接一個(gè)信道，接收信道對(duì)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣，其樣本既是時(shí)域樣本，也是對(duì)信號(hào)進(jìn)行空間采樣的樣本，即對(duì)各天線單元的輸出同時(shí)進(jìn)行的一次采樣具有空間域特性，對(duì)位于不同位置的各天線單元輸出同時(shí)采樣的樣本進(jìn)行處理，利用信號(hào)的時(shí)域函數(shù)和功率譜密度函數(shù)的特性，就能得到它的空間譜。采用空間譜估計(jì)方法計(jì)算信號(hào)的空間頻率，進(jìn)而確定空間入射波相對(duì)于接收天線的傳播方向?？臻g譜估計(jì)的一般方法是構(gòu)造一個(gè)以信號(hào)方向?yàn)閰?shù)的“譜函數(shù)”，并使得在信號(hào)的到達(dá)方向上具有尖銳的峰值，這樣在進(jìn)行譜分析時(shí)，其峰值就指示了信號(hào)的方位角?？臻g譜估計(jì)測(cè)向具有高精度、高分辨率的特點(diǎn)，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)同頻信號(hào)測(cè)向?？臻g譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)要求有多個(gè)天線元組成天線陣，且每個(gè)天線對(duì)應(yīng)接一個(gè)接收信道，天線元個(gè)數(shù)決定測(cè)向性能，若天線元數(shù)為N，最大可測(cè)信號(hào)個(gè)數(shù)為N-1，因此天線元個(gè)數(shù)越多，可同時(shí)測(cè)得的信號(hào)個(gè)數(shù)越多，測(cè)向精度越高?，F(xiàn)有空間譜測(cè)向技術(shù)決定測(cè)向設(shè)備復(fù)雜、成本高，一般天線陣元數(shù)取8或9，同時(shí)需要相同數(shù)量的接收信道，這些信道不是簡(jiǎn)單的多接收機(jī)累加，要求本振同源的相干接收信道，且要求各信道幅度相位一致，這些要求大大增加了設(shè)備的成本，降低了可靠性，這些因素直接影響空間譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提供一種三信道空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向方法，該測(cè)向方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，可靠性較高，能有效解決上述問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的本發(fā)明的三信道空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向方法，包括測(cè)向天線陣、三個(gè)同頻多信道接收機(jī)及測(cè)向算法處理器，所述測(cè)向天線陣為9元均勻圓陣，測(cè)向天線陣設(shè)有用于選擇天線陣中不同天線元的天線選擇開關(guān)；天線選擇開關(guān)每次選擇3副天線，其中1號(hào)天線每次必選，選擇為129、138、147、156，其中每位數(shù)字代表所選天線號(hào)，四組天線輪流選??；測(cè)向接收機(jī)采用三通道，天線開關(guān)每次選的三副天線分別連接三個(gè)同頻多信道接收機(jī)；
其具體方法為
1)、測(cè)向天線陣接收空間電磁波，將電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送到同頻多信道接收
3機(jī)；
2)、同頻多信道接收機(jī)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波以及A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送到測(cè)向算法處理器進(jìn)行數(shù)學(xué)處理；
a.同頻多信道接收機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣以收集天線子集快拍數(shù)據(jù)；
b.利用快拍數(shù)據(jù)計(jì)算協(xié)方差矩陣；
c.對(duì)協(xié)方差矩陣特征分解，得到特征值和特征向量；
d.找出最小特征值，并得到其對(duì)應(yīng)的噪聲矩陣；
e.利用噪聲矩陣和子天線陣方向向量得到子空間譜g(Θ)；
f.求出所有子陣的子空間譜g(Θ),并通過(guò)非線性運(yùn)算得到總空間譜；
g.由公式N=H-int(D/P)得到信號(hào)個(gè)數(shù)N ；
h.對(duì)總空間譜進(jìn)行最大值搜索，得到N個(gè)信號(hào)的來(lái)波方向。作為優(yōu)選，所述同頻多信道接收機(jī)包括接收信道放大器、接收信道濾波器和接收信道模數(shù)變換器。作為優(yōu)選，所述測(cè)向算法處理器包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元、并行數(shù)字信號(hào)處理單元和計(jì)算機(jī)處理單元，數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和并行數(shù)字信號(hào)處理單元與計(jì)算機(jī)單元連接，數(shù)據(jù)預(yù)處理單元與同頻多信道接收機(jī)連接。作為優(yōu)選，所述測(cè)向算法處理器的計(jì)算機(jī)處理單元還連接一顯示處理設(shè)備。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明通過(guò)研究空間譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)，改進(jìn) MUSIC測(cè)向算法，在不減少天線元的情況下，減少接收信道，同時(shí)保證測(cè)向性能不變，達(dá)到降低測(cè)向設(shè)備成本，提高設(shè)備可靠性的目的。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的測(cè)向算法處理器的處理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。參見圖1和圖2，本發(fā)明的三信道空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向方法，包括測(cè)向天線陣、三個(gè)同頻多信道接收機(jī)及測(cè)向算法處理器15，所述測(cè)向天線陣為9元均勻圓陣，測(cè)向天線陣設(shè)有用于選擇天線陣中不同天線元的天線選擇開關(guān)1 ；天線選擇開關(guān)1每次選擇3副天線，其中1號(hào)天線每次必選，選擇為129、138、147、156，其中每位數(shù)字代表所選天線號(hào)，四組天線輪流選??；測(cè)向接收機(jī)采用三通道，天線開關(guān)每次選的三副天線分別連接三個(gè)同頻多信道接收機(jī)；
其具體方法為
1)、測(cè)向天線陣接收空間電磁波，將電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送到同頻多信道接收
機(jī)；2)、同頻多信道接收機(jī)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波以及A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送到測(cè)向算法處理器15進(jìn)行數(shù)學(xué)處理；
a.同頻多信道接收機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣以收集天線子集快拍數(shù)據(jù)；
b.利用快拍數(shù)據(jù)計(jì)算協(xié)方差矩陣；
c.對(duì)協(xié)方差矩陣特征分解，得到特征值和特征向量；
d.找出最小特征值，并得到其對(duì)應(yīng)的噪聲矩陣；
e.利用噪聲矩陣和子天線陣方向向量得到子空間譜$(Θ)；
Γ.求出所有子陣的子空間譜g (0)，并通過(guò)非線性運(yùn)算得到總空間譜；
g.由公式N=H-int(D/P)得到信號(hào)個(gè)數(shù)N ；
h.對(duì)總空間譜進(jìn)行最大值搜索，得到N個(gè)信號(hào)的來(lái)波方向。所述同頻多信道接收機(jī)包括接收信道放大器12、接收信道濾波器13和接收信道模數(shù)變換器14。所述測(cè)向算法處理器15包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元16、并行數(shù)字信號(hào)處理單元17和計(jì)算機(jī)處理單元18，數(shù)據(jù)預(yù)處理單元16和并行數(shù)字信號(hào)處理單元17與計(jì)算機(jī)單元18連接， 數(shù)據(jù)預(yù)處理單元16與同頻多信道接收機(jī)連接。所述測(cè)向算法處理器15的計(jì)算機(jī)處理單元還連接一顯示處理設(shè)備19。測(cè)向天線陣為9元均勻圓陣，通過(guò)天線選擇開關(guān)1每次選擇3副天線，其中1號(hào)天線每次必選，選取為129、138、147、156，其中每位數(shù)字代表所選天線號(hào)，四組天線輪流選取，測(cè)向接收機(jī)采用三通道，天線選擇開關(guān)每次選的三副天線分別連接三個(gè)同頻多信道接收機(jī)。通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理得到三個(gè)天線的快拍數(shù)據(jù)，采用MUSIC算法，得到每組數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的特征值、噪聲向量組成的矩陣，并求得子陣空間譜通過(guò)天線組掃描，得到四組
子陣空間譜$ (0)，通過(guò)對(duì)這四組子陣空間譜(約非線性運(yùn)算，得到總的空間譜求得
N個(gè)空間譜極大值對(duì)應(yīng)的方位角，即得到N個(gè)天空信號(hào)的來(lái)波方向，其中信號(hào)個(gè)數(shù)，可由公式得到N=H-int (D/P)，式中H為子天線集天線個(gè)數(shù)，D為最小特征值個(gè)數(shù)，P天線子集數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種三信道空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向方法，其特征在于包括測(cè)向天線陣、三個(gè)同頻多信道接收機(jī)及測(cè)向算法處理器，所述測(cè)向天線陣為9元均勻圓陣，測(cè)向天線陣設(shè)有用于選擇天線陣中不同天線元的天線選擇開關(guān)；天線選擇開關(guān)每次選擇3副天線，其中1 號(hào)天線每次必選，選擇為129、138、147、156，其中每位數(shù)字代表所選天線號(hào)，四組天線輪流選??；測(cè)向接收機(jī)采用三通道，天線開關(guān)每次選的三副天線分別連接三個(gè)同頻多信道接收機(jī)；其具體方法為1)、測(cè)向天線陣接收空間電磁波，將電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送到同頻多信道接收機(jī)；2)、同頻多信道接收機(jī)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波以及A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送到測(cè)向算法處理器進(jìn)行數(shù)學(xué)處理；a.同頻多信道接收機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣以收集天線子集快拍數(shù)據(jù)；b.利用快拍數(shù)據(jù)計(jì)算協(xié)方差矩陣；c.對(duì)協(xié)方差矩陣特征分解，得到特征值和特征向量；d.找出最小特征值，并得到其對(duì)應(yīng)的噪聲矩陣；e.利用噪聲矩陣和子天線陣方向向量得到子空間譜；f.求出所有子陣的子空間譜J^(Θ),并通過(guò)非線性運(yùn)算得到總空間譜；g.由公式N=H-int(D/P)得到信號(hào)個(gè)數(shù)N ；h.對(duì)總空間譜進(jìn)行最大值搜索，得到N個(gè)信號(hào)的來(lái)波方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三信道空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向方法，其特征在于所述同頻多信道接收機(jī)包括接收信道放大器、接收信道濾波器和接收信道模數(shù)變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三信道空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向方法，其特征在于所述測(cè)向算法處理器包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元、并行數(shù)字信號(hào)處理單元和計(jì)算機(jī)處理單元，數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和并行數(shù)字信號(hào)處理單元與計(jì)算機(jī)單元連接，數(shù)據(jù)預(yù)處理單元與同頻多信道接收機(jī)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三信道空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向方法，其特征在于所述測(cè)向算法處理器的計(jì)算機(jī)處理單元還連接一顯示處理設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三信道空間譜估計(jì)測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向方法，包括測(cè)向天線陣、三個(gè)同頻多信道接收機(jī)及測(cè)向算法處理器，所述測(cè)向天線陣為9元均勻圓陣，測(cè)向天線陣設(shè)有用于選擇天線陣中不同天線元的天線選擇開關(guān)；天線選擇開關(guān)每次選擇3副天線，其中1號(hào)天線每次必選，選擇為129、138、147、156，其中每位數(shù)字代表所選天線號(hào)，四組天線輪流選?。粶y(cè)向接收機(jī)采用三通道，天線開關(guān)每次選的三副天線分別連接三個(gè)同頻多信道接收機(jī)。本發(fā)明通過(guò)研究空間譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)，改進(jìn)MUSIC測(cè)向算法，在不減少天線元的情況下，減少接收信道，同時(shí)保證測(cè)向性能不變，達(dá)到降低測(cè)向設(shè)備成本，提高設(shè)備可靠性的目的。
文檔編號(hào)G01S3/14GK102445679SQ201110283449
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者郭方 申請(qǐng)人:成都中安頻譜科技有限公司