本发明方法有机地创新性地提出将干涉仪测向法和准多普勒测向法的技术融合 无线电测向系统，即通过比较入射信号的实测相位差信息与事先已存在的准多普勒信号的 相位差分布信息的相似性，从而得到入射信号的方位信息。本发明方法能够对目标超短波 信号进行空间定位，并突破性地提高定位精度和大幅降低定位成本。
[0032] 本发明方法实现的核心是利用单通道的准多普勒天线阵和参考天线组成的双站 定位系统，对空中的超短波射频信号进行精确、实时的定位。要完成这一核心目标，需要解 决问题如下：
[0033] (1)超短波信号的方向角、俯仰角联合估计问题；
[0034] (2)单通道测向系统解决超短波信号引起的较严重的相位模糊；
[0035] (3)解决无相位模糊或半相位模糊区域引起的多解问题；
[0036] (4)二维搜索计算量较大的问题；
[0037] (5)各类调制信号和初始相位的影响导致无法准确提取多普勒频移与数据库进行 匹配，影响定位；
[0038] (6)如何利用估计的时延值和二维角度信息进行目标源定位。
[0039] 本发明提出的基于相关干涉仪和伪多普勒测向法的单通道双基站超短波信号空 间定位方法，其中接收站一采用单通道准多普勒天线阵，其作用是用来测量目标源的二维 角度信息，接收站二为参考天线，其作用主要有两点：一是作为基准天线，用来去除调制信 息和初始相位，二是与接收站一联合进行TDOA估计，结合数据库和信号处理技术实现对超 短波信号进行空间定位，降低了系统的复杂度，减少了系统的成本，具有重要的实际应用价 值。
[0040] 如图1所示，本发明提供的基于单通道准多普勒天线阵和参考天线的单通道双基 站超短波信号空间定位方法，实现步骤如下：
[0041] 步骤一:将准多普勒天线阵和参考天线利用GPS进行同步。
[0042] 步骤二:设置准多普勒天线阵单通道开关控制器处在停留模式，准多普勒天线阵 和参考天线同步接收两路信号。
[0043]步骤三:对步骤二得到的两路具有时延信息的信号相关求取时延。
[0044] 步骤四：设置准多普勒天线阵单通道开关控制器处于连续切换模式，切换准多普 勒天线阵单通道开关得到具有多普勒频移信息的超短波调制信号，并利用步骤二得到的两 路同步信号对本步骤准多普勒天线阵的接收信号进行消除调制信息和初始相位处理，得到 仅包含准多普勒相位的信号。
[0045] 步骤五:对步骤四处理后得到的单脉冲准多普勒信号提取相位信息，并求取相位 差。
[0046] 步骤六:利用理论的准多普勒天线阵建立包含空间夹角的相位差数据库。
[0047]步骤七:将实测的相位差，在包含空间夹角的相位差数据库中进行相似性度量，得 到相似性最大的相位差所对应的空间夹角，将空间夹角转换为所要估计的俯仰角和方向 角。
[0048] 步骤八:利用步骤三估计的时延，以及步骤七估计的俯仰角和方向角对目标进行 定位。
[0049] 步骤一中将准多普勒天线阵和参考天线利用GPS进行时间同步，以使得双基站能 同时采集到同一频段的信号。
[0050] 步骤二中，单通道开关控制器处在停留模式，同步接收两路信号。
[0051] 本发明实施例中，准多普勒天线阵单通道开关控制器如图2所示，开关工作模式选 择界面如图3所示，射频开关工作模式有两种:停留模式，此时开关静态连通准多普勒天线 阵中的某一根天线;连续切换模式，此时开关以设定的角频率在准多普勒天线阵的天线中 进行切换。在步骤二中选择射频开关工作模式为停留模式，此时，准多普勒天线阵与参考天 线同步接收915MHz超短波MSK(最小频移键控)信号，软件采集界面如图4所示，参考天线和 准多普勒天线阵接收到的波形分别如图5和图6所示。
[0052]步骤三求取两路信号的时延估计值和初始相位差，由于高频率超短波信号中心频 率很高，相应需要较高的采样频率才能得到精确的时延估计值，但这在实际应用中是很难 实现的，所以本发明采用插值相关法对时延估计进行求解。影响高频率超短波的TD0A估计 结果的因素主要有窄带、分数时延等问题，本步骤对步骤二得到的两路具有时延信息的超 短波信号，首先采用样条插值，求取分数时延，再利用希尔伯特差值与相关函数相结合的方 法求取窄带信号时延估计值，所得到的结果如图7所示。同时，对参考天线接收信号取共辄 与阵列天线接收信号相乘，求取初始相位差。
[0053] 在步骤四中，如图2和图3所示，将准多普勒天线阵单通道开关控制器的射频开关 工作模式改为连续切换模式，准多普勒天线阵与参考天线同步接收超短波信号，为了保证 相位模糊仅是由于r / λ > 1 / 2引起的，利用步骤二中，停留模式下得到的初始相位差去除步 骤四得到的准多普勒天线阵接收信号的初相和调制信息，最后得到仅包含准多普勒相位的 信号。具体步骤如图8所示，首先对两路信号做归一化处理，然后将参考天线接收信号与步 骤三中求得的初始相位差相乘，得到与阵列天线接收信号具有相同调制信息和初相的接收 信号S1，最后对阵列天线接收信号取共辄得到信号S2,将其与S1相乘，从而得到单脉冲、零 初相的准多普勒信号。
[0054] 步骤五利用相关取相位的方法，求取阵元间的准多普勒相位:针对一实测信号，第 η个阵元与第m(m矣η)个阵元之间的相位差Φηι,η为第η个阵元与第m(m矣η)个阵元之间各阵 元接收到的信号求互相关运算后取其相位得到，即：
[0055] rmn = E[sn(t)sm(t)*] (1)
[0056] 其中，sn(t)，Sm(t)分别表示第η个阵元和第m(m矣η)个阵元去除调制信息和初始相 位后仅包含准多普勒相位的接收信号，s m(tf表示对信号sm(t)取共辄。对第η个阵元与第m 个阵元之间的各阵元接收到的信号求互相关得到，对rmn取相位即可得到(K,n。
[0057]
[0058] 其中，Φ?,η表示第m个阵元与第η个阵元之间的相位差，Φ4ΡΦ?分别表示第η个阵 元和第m个阵元的相位，λ为超短波信号波长， r为准多普勒天线阵的半径，Ν为准多普勒天线 阵阵元个数，Θ为方向角，P为俯仰角。m和η均为正整数。
[0059] 步骤六中的包含空间夹角的仿真相位差数据库的建立方法，主要包括两个方面： 一是利用空间夹角代替了方向角和俯仰角的二维搜索;二是与传统的直接利用相位差作为 数据库不同，本发明通过建立仿真信号再提取相位进行差值运算作为数据库，很好地解决 了相位模糊的问题。
[0060] 具体地，考虑到相位模糊的影响，本发明并不是直接将仿真相位信息建立数据库 与真实的相位信息进行相位匹配，而是建立各方向角的单脉冲准多普勒仿真信号，即
[0061]
[0062] 其中，χ(η，θ)表示第η个阵元在方向角为Θ下的单脉冲准多普勒仿真信号。
[0063] 由于方向角包含在多普勒相位中，常规方法是利用相关得到的相位差作为样本。 但由于相位模糊的影响，此种方法无法得到真实的D0A估计值。本发明提出利用仅包含多普 勒相位的仿真信号直接提取相位，再利用相位差建立数据库。仅包含多普勒相位的仿真信 号s(n)为：
[0064]
[0065] 采用本发明方法建立的相位差数据库和实际的相位差具有了相同的相位模糊，也 就是说相同二维角度信息下的相位差波形是相似的，再利用相似性度量函数求取相似性最 大处所对应的二维角度。
[0066] 但是，由于参与相关运算的样本库包含了方位角、俯仰角二维信息，二维搜索运算 量较大，本发明把空间夹角的概念应用到相关干涉仪测向系统，把标准相关干涉仪中方位 角、俯仰角二维信息转化为一维信息，大大减小了样本库中数据，减少了相关运算的计算 量，提高了测向系统的实时性。所谓空间夹角α如图9所示，是指入射信号方向与天线基线之 间的夹角。从几何关系可以得出〇、Α两阵元间相位差Φ〇 Α与空间夹角α的关系如下：
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