阅读说明：本技术 一种非固定频率脉冲信号低成本高精度测向方法 (Low-cost high-precision direction-finding method for non-fixed-frequency pulse signal ) 是由 王智显 黄光明 龚军涛 刘兰 陈晨 张爱洲 高峰 缪方雷 白华 于 2020-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种非固定频率脉冲信号低成本高精度测向方法,包括以下步骤：S1、根据辐射源脉冲信号的波长和测向的方位角度计算基线长度的下限；S2、计算双通道接收机中两个通道信号的无模糊相位差,并根据无模糊相位差计算基线长度的上限；S3、基于基线长度、信号不同时段的频率测量值与相位差测量值,计算目标的方位角。本发明测向精度高、系统性能好；设备简单、轻便,便于小型化和系统集成；研制费用低、工程可实现性强。(The invention discloses a low-cost high-precision direction-finding method for a non-fixed frequency pulse signal, which comprises the following steps of: s1, calculating the lower limit of the length of the baseline according to the wavelength of the radiation source pulse signal and the azimuth angle of direction finding; s2, calculating the non-fuzzy phase difference of two channel signals in the dual-channel receiver, and calculating the upper limit of the length of the baseline according to the non-fuzzy phase difference; and S3, calculating the azimuth angle of the target based on the length of the base line, the frequency measurement value and the phase difference measurement value of the signal in different periods. The invention has high direction finding precision and good system performance; the equipment is simple and portable, and is convenient for miniaturization and system integration; low development cost and strong engineering realizability.)

一种非固定频率脉冲信号低成本高精度测向方法

技术领域

本发明涉及电子信息测向技术领域，具体涉及一种非固定频率脉冲信号低成本高精度测向方法。

背景技术

要实现对非配合脉冲信号的到达角测量，通常有比幅测向、透镜多波束和干涉仪测向三种方式，其优缺点比较如表1所示。由表1可知，为了实现高精度测向，通常采用多基线干涉仪测向技术。

表1常用测向技术优缺点比较

在一定的观测区域内，为了满足对辐射源脉冲信号的高精度测向，一般都要求尽可能增大干涉仪的基线长度，但这样就会导致相位模糊。为了解相位模糊，一种方法是通过比幅粗测向，但比幅测向系统的代价较高，况且对于高精度测向系统，单靠比幅测向也不能顺利解除长基线的相位模糊；另一种方法是通过多基线逐次解模糊来进行干涉仪测向，但这要求必须有多个接收系统，设备的复杂性和成本也较高。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种非固定频率脉冲信号低成本高精度测向方法解决了现有测向方法精度不高、较复杂且成本高的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种非固定频率脉冲信号低成本高精度测向方法，包括以下步骤：

S1、根据辐射源脉冲信号的波长和测向的方位角度计算基线长度的下限；

S2、计算双通道接收机中两个通道信号的无模糊相位差，并根据无模糊相位差计算基线长度的上限；

S3、基于基线长度、信号不同时段的频率测量值与相位差测量值，计算目标的方位角。

进一步地：所述步骤S1中基线长度的下限的计算公式为：

上式中，D为基线长度，λ_max为辐射源脉冲信号的波长最大值，σ_Φ为系统的相位差测量精度，为测向精度，θ_min为测向的方位角度最小值。

进一步地：所述步骤S2中无模糊相位差的计算公式为：

上式中，Φ为两个通道信号的无模糊相位差，c为电磁波的传播速度。

进一步地：所述步骤S2中基线长度的上限的计算公式为：

上式中，f_max为信号不同脉冲的最大频率，θ_max为测向的方位角度最大值，λ_min为辐射源脉冲信号的波长最小值。

进一步地：所述步骤S3中目标的方位角的计算公式为：

上式中，θ为目标的方位角，f(i)和f(j)分别为第i时段与第j时段的信号频率，Φ_测(i)和Φ_测(j)分别为f(i)和f(j)对应的相位差。

进一步地：所述f(i)和f(j)对应的相位差Φ_测(i)和Φ_测(j)的计算公式为：

Φ_测(j)-Φ_测(i)＝Φ(j)-Φ(i)-[K(j)-K(i)]×2π

上式中，Φ(i)和Φ(j)分别为f(i)和f(j)对应的无模糊的相位差，K(i)和K(j)分别为f(i)和f(j)对应的模糊数。

本发明的有益效果为：

1)本发明测向精度高、系统性能好：相对于传统的多通道比幅测向与介质透镜多波束测向体制，测向精度高；相对于多基线干涉仪测向体制，该发明保证测向精度高的前提下，系统简单，性能更加稳健、鲁棒性更强。

2)本发明设备简单、轻便，便于小型化和系统集成：由于该发明仅仅采用2个通道便实现了系统的高精度测向，相对于多基线干涉仪测向方法，设备更加简单、轻便，十分有利于小型化和系统集成。

3)本发明研制费用低、工程可实现性强：由于高精度测向仅仅采用了两个通道，因此系统的研制费用更低，工程可实现性更强。比如对于X波段测向精度为1度的干涉仪，原来可能需要6个接收通道，现在只需2个接收通道，成本变为原来的1/3。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为具体实施例的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种非固定频率脉冲信号低成本高精度测向方法，包括以下步骤：

S1、根据辐射源脉冲信号的波长范围为(λ_min,λ_max)，测向的方位角度范围为(θ_min,θ_max)，计算基线长度的下限；基线长度的下限的计算公式为：

上式中，D为基线长度，λ_max为辐射源脉冲信号的波长最大值，σ_Φ为系统的相位差测量精度，为测向精度，θ_min为测向的方位角度最小值。

S2、计算双通道接收机中两个通道信号的无模糊相位差，并根据无模糊相位差计算基线长度的上限；

无模糊相位差的计算公式为：

上式中，Φ为两个通道信号的无模糊相位差，c为电磁波的传播速度。

如果测得的信号不同脉冲的最小和最大频率分别为f_minMHz、f_maxMHz，则上式所表示的相位差的变化范围为：

则为了保证任意两个测向脉冲的相位差的差值无模糊，由上式可得

由上式可得基线长度的上限的计算公式为：

上式中，f_max为信号不同脉冲的最大频率，θ_max为测向的方位角度最大值，λ_min为辐射源脉冲信号的波长最小值。

S3、基于基线长度、信号不同时段的频率测量值与相位差测量值，计算目标的方位角。

由于频率非固定脉冲信号在不同时间段的频率不同，通过频域相关法测量第i时段与第j时段的信号频率f(i)、f(j)以及对应的相位差Φ_测(i)、Φ_测(j)，其对应的模糊数分别为K(i)、K(j)，无模糊的相位差分别为Φ(i)、Φ(j)，则

Φ_测(j)-Φ_测(i)＝Φ(j)-Φ(i)-[K(j)-K(i)]×2π (6)

将式(2)代入式(6)可得

由于D满足式(5)，则K(j)＝K(i)。由(7)式可得

当f(j)-f(i)≠0时，由式(8)可得

上式中，θ为目标的方位角。

在本发明的一个实施例中，对于一个脉冲辐射源目标信号，通过双通道接收机变频接收与频域相关处理，获得脉冲辐射源信号的频率和相位差测量值，如图2所示。最后通过角度解算处理，获取辐射源信号的方位角。

对于典型的L波段非固定频率信号，双通道高精度测向的方案如图2所示。对于空域为-45°≤θ≤45°内的辐射信号，基线长度1.5米时的双通道测向精度为0.5度。