一种基于l型天线阵列的相位干涉仪测向装置及解算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是雷达接收机及其信号处理领域，特别涉及一种基于L型天线阵列 的相位干涉仪测向装置及解算方法。
【背景技术】
[0002] 在现有的测向体制中，相位干涉仪体制具有数据处理时间短、测向精度高、灵敏度 高等优点，因而在许多军事和民用领域中有着重要的地位。在军事领域，可以用于对港口、 机场、导弹发射场等重要军事目标的雷达通讯设备实行侦查与监测，针对性的电子干扰以 及精确制导打击；而民用领域中，可以用于移动通信、天文观测、气象预测、灾害救援、无线 电频谱管理等方面。
[0003] 在相位干涉仪测向方面，文献《五通道相位干涉仪测向的研究和实现》主要针对均 匀五元圆形天线阵的测向算法进行了仿真和硬件实现，《基于相位干涉仪测向算法的定位 技术研究》主要针对最小二乘测向算法进行了仿真，《一种多基线相位干涉仪设计方法》主 要介绍一维干涉仪系统的设计与仿真，均与本发明中相位干涉仪的硬件实现方式有别。专 利《一种基于查表法的圆阵相位干涉仪宽带瞬时测向方法》是通过查表法来解决测向算法 中计算量大的问题，专利《基于CORDIC算法的无线信号测向方法》是利用MVDR算法来进行 信号测量，专利《一种扩展基线解模糊的相位干涉仪测向方法》和《一种基于虚拟基线的圆 阵相位干涉仪二维测向方法》分别采用扩展基线法、虚拟基线法进行测向，均与本发明中的 实现方式有别。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于L型天线阵列的相位干涉仪测向装置，本发明的目 的还在于提供一种基于L型天线阵列的相位干涉仪测向解算方法。
[0005] 本发明的目的是这样实现的：
[0006] 一种基于L型天线阵列的相位干涉仪测向装置，其组成包括L型五元天线阵1、微 波前端2、中频采样单元3和基带处理单元4,其中中频采样单元3包括了 5个通道的中频 采样模块，基带处理单元4包括了 FPGA和DSP两个主要处理器，L型五元天线阵1接收来 自辐射源的射频平面波信号，分别以方位角和俯仰角的形式入射到微波前端2,微波前端2 输出5个通道的中频信号到中频采样单元3中的5个通道的中频采样模块，5个通道的中频 采样模块输出的数字量送到基带处理单元4中的FPGA处理器，FPGA处理器与DSP处理器 之间通过地址线和数据线实现通信、控制与数字信号处理。
[0007] -种基于L型天线阵列的相位干涉仪测向解算方法，包括如下具体步骤：
[0008] 步骤1 :设置CORDIC算法模式选择，令参数值m= 1，即选择为矢量模式，反正弦函 数迭代过程的初值设置为：x。= 1/A n，y。= 0, z。= 0, c。= c，其中A n为畸变因子；
[0009] 步骤2 :输入数据X，y的长度取为16位二进制数，其中最高位是输入数据的符 号位，剩下的位数作为数据位，在数据处理时用215来表示系统的输入值1，按照公式Θ = arcsin(c)，其中Θ为入射角，Θ e [-30°，+30° ]，
，λ为入射平面波信号的 波长，梦为鉴相器输出的相位差，L为基线的长度；
[0010] 步骤3 :迭代计算过程中使用的角度累加器采用4位十六进制数表示，Θ跟ζ之间 的换算关系可以表示成：Z= θ/π Χ215;
[0011] 步骤4:解算中增加前后处理模块，通过引入符号标志位sig来解决输入数据存在 负值的问题；
[0012] 步骤5 :移位运算的位数将会随级数的增高而增加，依照第一级流水线的形式构 造出完整的流水线结构，共用15级流水线；
[0013] 步骤6 :得到入射平面波信号角度信息，即Θ等于第15级流水线结构输出的ζη。
[0014] 本发明的有益效果在于：
[0015] 本发明中的基于L型天线阵列的相位干涉仪测向解算方法是利用了 CORDIC算法 矢量模式下的流水线结构并在FPGA内部实现测向解算，该方法大大减少了传统的基于数 据查找表模式的测向解算对于存储器单元的占用，优化了系统硬件资源使用，同时流水线 结构也保证了该测向装置的测向解算实时性。
【附图说明】
[0016] 图1本发明的装置组成框图；
[0017] 图2本发明的天线阵元摆放图；
[0018] 图3测向解算实现流程图；
[0019] 图4本发明的解算实现原理框图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合说明书附图详细说明本发明的具体实现方式。
[0021] 基于L型天线阵列的相位干涉仪测向装置，其组成包括L型五元天线阵1、微波前 端2、中频采样单元3和基带处理单元4。其中中频采样单元3包括了 5个通道的中频采样 模块，基带处理单元4包括了 FPGA和DSP两个主要处理器。L型五元天线阵1接收来自辐 射源的射频平面波信号，分别以方位角和俯仰角的形式入射到微波前端2,微波前端2输出 5个通道的中频信号到中频采样单元3中的5个通道的中频采样模块，5个通道的中频采样 模块输出的数字量送到基带处理单元4中的FPGA处理器，FPGA处理器与DSP处理器之间 通过地址线和数据线实现通信、控制与数字信号处理。其中，L型天线阵中选取阵元1和 阵元2组成方位面短基线L 12，选取阵元1和阵元3组成方位面长基线L13，阵元1和阵元4 组成俯仰面短基线L 14，阵元1和阵元5组成俯仰面长基线L15。根据相位干涉仪测向原理， 其相位法测角公式为：
[0023] 其中，Θ为入射角，λ为入射平面波信号的波长，供为长短基线通道鉴相器输出 的相位差，L为基线的长度。不同的通道基线长度1^、1^ 13、1^14、1^15对应得到不同的通道鉴相 器输出的相位差釣2、Pu、礼、釣?。
[0024] 由于测角公式是反正弦函数形式的，不利于直接进行硬件实现，所以引入了 CORDIC算法的实现方式，降低硬件实现的代价。CORDIC算法采用一种迭代的方式进行计 算，并且只涉及加减运算和移位操作，其结构易于硬件实现。
[0025] 本发明基于L型天线阵列的相位干涉仪测向解算方法，包括：
[0026] 步骤1 :设置CORDIC算法模式选择，令参数值m= 1，即选择为矢量模式，反正弦函 数迭代过程的初值设置为：x。= 1/A n，y。= 0, ζ。= 0, c。= c，其中A η为畸变因子；
[0027] 步骤2 :输入数据X，y的长度取为16位二进制数，其中最高位是输入数据的符 号位，剩下的位数作为数据位，在数据处理时用215来表示系统的输入值1，按照公式Θ = arcsin (c)，其中
，.其中 Θ G [-30。，+30。];
[0028] 步骤3 :迭代计算过程中使用的角度累加器采用4位十六进制数表示，Θ跟ζ之间 的换算关系可以表示成：ζ = θ/π X215;
[0029] 步骤4 :解算中增加前后处理模块，通过引入符号标志位Sig来解决输入数据存在 负值的问题；
[0030] 步骤5 :移位运算的位数将会随级数的增高而增加，依照第一级流水线的形式构 造出完整的流水线结构，共用15级流水线。
[0031] 步骤6 :得到入射平面波信号角度信息，即Θ等于第15级流水线结构输出的zn。
[0032] 结合图1，基于L型天线阵列的相位干涉仪测向装置，其组成包括L型五元天线阵 1、微波前端2、中频采样单元3和基带处理单元4。其中中频采样单元3包括了 5个通道的 中频采样模块，基带处理单元4包括了 FPGA和DSP两个主要处理器。L型五元天线阵1接 收来自辐射源的射频平面波信号，分别以方位角和俯仰角的形式入射到微波前端2,微波前 端2输出5个通道的中频信号到中频采样单元3中的5个通道的中频采样模块，5个通道的 中频采样模块输出的数字量送到基带处理单元4中的FPGA处理器，FPGA处理器与DSP处 理器之间通过地址线和数据线实现通信、控制与数字信号处理。
[0033] 图2为L型天线阵列摆放位置，该L型天线阵由五个天线阵元组成，其中阵元1、2、 3组成方位面两组基线L 12和L 13，阵元1、4、5组成俯仰面两组基线L14和L 15。
[0034] 图3为测向解算实现流程图，其解算方