一种大基线四元阵宽带信号测向系统及方法与流程

技术特征：

1.一种大基线四元阵宽带信号测向系统，其特征在于包括：相位估计模块、解缠绕模块、解模糊模块和测向模块；

相位估计模块，采用四元阵天线侦收信号，利用互谱相位差提取算法进行相位估计，得到四元阵侦收信号x₁、x₂、x₃、x₄；对四元阵侦收的信号x₁、x₂、x₃、x₄进行快速傅里叶变换FFT，得到变换后的信号y₁、y₂、y₃、y₄，其中y_t＝FFT(x_t)，“FFT(.)”表示对元素“.”进行快速傅里叶变换，t＝1、2、3、4；对y₁和y₃、y₂和y₄进行互谱分析得z₁₃、z₂₄：

z₁₃＝y₁.*conj(y₃),

z₂₄＝y₂.*conj(y₄),

其中“A.*B”标识表示序列A和B各个元素对应相乘，“conj(.)”表示对元素“.”取共轭；按照信号带宽截取互谱序列z₁₃和z₂₄，得到G₁₃和G₂₄，提取互谱G₁₃和G₂₄相位序列差相位，得到相位差序列Φ₁₃和Φ₂₄

Φ₁₃(i)＝atan(real(G₁₃(i))/imag(G₁₃(i)))

Φ₂₄(i)＝atan(real(G₂₄(i))/imag(G₂₄(i)))

其中i＝1,2,…,k，k为序列长度，atan(·)表示计算相应的反正切值，real(·)表示求取相应复数的实部，imag(·)表示求取相应复数的虚部；

输出相位差序列Φ₁₃和Φ₂₄到解缠绕模块；

解缠绕模块，利用相位差序列Φ₁₃和Φ₂₄相位渐变特点，解缠绕得到解缠绕序列Ψ₁₃和Ψ₂₄，输出到解模糊模块；

解模糊模块，利用宽带信号渐变基线波长比的特点，对解缠绕后的序列Ψ₁₃和Ψ₂₄进行解模糊处理，得到解模糊序列τ₁₃和τ₂₄，输出到测向模块；

测向模块，根据相位差τ₁₃和τ₂₄，利用四元阵几何构型与辐射源相对关系，计算辐射源来波方向，包括方位角α和俯仰角β，

其中

T_complex＝(S_real+j×S_imag)×exp(j×π)

c为光速，R为基线的半径，测向模块输出的为辐射源的的方位角α和俯仰角β。

2.根据权利要求1所述的大基线四元阵宽带信号测向系统，其特征在于：所述解缠绕模块中，解缠绕得到解缠绕序列Ψ₁₃和Ψ₂₄的过程为：

对相位差序列Φ₁₃，计算序列差分，ΔΦ₁₃(i)＝Φ₁₃(i)-Φ₁₃(i-1)，其中i＝1,2,…,k，解缠绕后的序列第一个元素，

Ψ₁₃(1)＝ΔΦ₁₃(1)

对于第i个元素，若：ΔΦ₁₃(i)＜-π，

Ψ₁₃(i)＝Ψ₁₃(i-1)+ΔΦ₁₃(i)+2π

若：-π≤ΔΦ₁₃(i)≤π，

Ψ₁₃(i)＝Ψ₁₃(i-1)+ΔΦ₁₃(i)

若：ΔΦ₁₃(i)＞π，

Ψ₁₃(i)＝Ψ₁₃(i-1)+ΔΦ₁₃(i)-2π

直到i＝k，得到解缠绕序列Ψ₁₃；

针对相位差序列Φ₂₄，计算序列差分，ΔΦ₂₄(i)＝Φ₂₄(i)-Φ₂₄(i-1)，其中i＝1,2,…,k，解缠绕后的序列第一个元素，

Ψ₂₄(1)＝ΔΦ₂₄(1)

对于第i个元素，若：ΔΦ₂₄(i)＜-π，

Ψ₂₄(i)＝Ψ₂₄(i-1)+ΔΦ₂₄(i)+2π

若：-π≤ΔΦ₂₄(i)≤π，

Ψ₂₄(i)＝Ψ₂₄(i-1)+ΔΦ₂₄(i)

若：ΔΦ₂₄(i)＞π，

Ψ₂₄(i)＝Ψ₂₄(i-1)+ΔΦ₂₄(i)-2π

直到i＝k，得到解缠绕序列Ψ₂₄。

3.根据权利要求1所述的大基线四元阵宽带信号测向系统，其特征在于：所述解模糊模块中，得到解模糊序列τ₁₃和τ₂₄的过程如下：

假定最大解模糊数为v，解模糊数w∈[-v，v]，g为模糊数搜索数，其最大搜索区间[1，2w+1]，s为搜索序号，f_lh(·)为序列对应的频率值序列，对侦收信号x₁和x₃的解缠绕序列Ψ₁₃进行解模糊搜索：

当s＝g时，

Υ₁₃(1)＝[Ψ₁₃(1)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(1)

Υ₁₃(2)＝[Ψ₁₃(2)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(2)

Υ₁₃(i)＝[Ψ₁₃(i)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(i)

Υ₁₃(k)＝[Ψ₁₃(k)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(k)

均值：

方差：

则解模糊最优的s_g为：

s_g13＝argmin(Λ₁₃(g))

Argmin(·)表示搜索序列“·”最小的元素“·”。

对应的相位差：

Γ₁₃(1)＝[Ψ₁₃(1)/(2π)-(s_g13-v-1)]/f_lh(1)

Γ₁₃(2)＝[Ψ₁₃(2)/(2π)-(s_g13-v-1)]/f_lh(2)

Γ₁₃(i)＝[Ψ₁₃(i)/(2π)-(s_g13-v-1)]/f_lh(i)

Γ₁₃(k)＝[Ψ₁₃(k)/(2π)-(s_g13-v-1)]/f_lh(k)

均值：

假定最大解模糊数为v，解模糊数w∈[-v，v]，g为模糊数搜索数，其最大搜索区间[1，2w+1]，s为搜索序号，f_lh(·)为序列对应的频率值序列，对侦收信号x₂和x₄的解缠绕序列Ψ₂₄进行解模糊搜索：

Υ₂₄(1)＝[Ψ₂₄(1)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(1)

Υ₂₄(2)＝[Ψ₂₄(2)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(2)

Υ₂₄(i)＝[Ψ₂₄(i)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(i)

Υ₂₄(k)＝[Ψ₂₄(k)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(k)

均值：

方差：

则解模糊最优的s_g为：

s_g24＝argmin(Λ₂₄(g))

Argmin(·)表示搜索序列“·”最小的元素“·”。

对应的相位差：

Γ₂₄(1)＝[Ψ₂₄(1)/(2π)-(s_g24-v-1)]/f_lh(1)

Γ₂₄(2)＝[Ψ₂₄(2)/(2π)-(s_g24-v-1)]/f_lh(2)

Γ₂₄(i)＝[Ψ₂₄(i)/(2π)-(s_g24-v-1)]/f_lh(i)

Γ₂₄(k)＝[Ψ₂₄(k)/(2π)-(s_g24-v-1)]/f_lh(k)

均值：

4.一种大基线四元阵宽带信号测向方法，其特征在于实现步骤如下：

步骤1：采用四元阵侦收信号，系统包括四幅天线，四通道预处理接收机，经AD采样后天线1、2、3、4对应的采样信号分别为x₁、x₂、x₃、x₄，相位估计模块采用互谱相位差估计算法，进行相位估计，对四元阵侦收的信号x₁、x₂、x₃、x₄，对信号进行FFT(快速傅里叶变换)变换，得到y₁、y₂、y₃、y₄，其中y_t＝FFT(x_t)，t＝1、2、3、4，“FFT(.)”表示对元素“.”进行快速傅里叶变换。

步骤2：对y₁和y₃、y₂和y₄进行互谱分析得z₁₃、z₂₄：

z₁₃＝y₁.*conj(y₃),

z₂₄＝y₂.*conj(y₄),

其中“A.*B”标识表示序列A和B各个元素对应相乘，“conj(.)”表示对元素“.”取共轭；

步骤3：按照信号带宽截取互谱序列z₁₃和z₂₄，得到G₁₃和G₂₄(序列长度为k)，提取互谱G₁₃和G₂₄相位序列差相位，

Φ₁₃(i)＝atan(real(G₁₃(i))/imag(G₁₃(i)))

Φ₂₄(i)＝atan(real(G₂₄(i))/imag(G₂₄(i)))

其中i＝1,2,…,k，atan(·)表示计算相应的反正切值，real(·)表示求取相应复数的实部，imag(·)表示求取相应复数的虚部；

步骤4：针对相位差序列Φ₁₃，计算序列差分，ΔΦ₁₃(i)＝Φ₁₃(i)-Φ₁₃(i-1)，其中i＝1,2,…,k，解缠绕后的序列第一个元素，

Ψ₁₃(1)＝ΔΦ₁₃(1)

对于第i个元素，若：ΔΦ₁₃(i)＜-π，

Ψ₁₃(i)＝Ψ₁₃(i-1)+ΔΦ₁₃(i)+2π

若：-π≤ΔΦ₁₃(i)≤π，

Ψ₁₃(i)＝Ψ₁₃(i-1)+ΔΦ₁₃(i)

若：ΔΦ₁₃(i)＞π，

Ψ₁₃(i)＝Ψ₁₃(i-1)+ΔΦ₁₃(i)-2π

直到i＝k，得到解缠绕序列Ψ₁₃；

步骤5：针对相位差序列Φ₂₄，计算序列差分，ΔΦ₂₄(i)＝Φ₂₄(i)-Φ₂₄(i-1)，其中i＝1,2,…,k，解缠绕后的序列第一个元素，

Ψ₂₄(1)＝ΔΦ₂₄(1)

对于第i个元素，若：ΔΦ₂₄(i)＜-π，

Ψ₂₄(i)＝Ψ₂₄(i-1)+ΔΦ₂₄(i)+2π

若：-π≤ΔΦ₂₄(i)≤π，

Ψ₂₄(i)＝Ψ₂₄(i-1)+ΔΦ₂₄(i)

若：ΔΦ₂₄(i)＞π，

Ψ₂₄(i)＝Ψ₂₄(i-1)+ΔΦ₂₄(i)-2π

直到i＝k，得到解缠绕序列Ψ₂₄；

步骤6：针对相位差序列Ψ₁₃，假定最大解模糊数为v，解模糊数w∈[-v，v]，g为模糊数搜索数，其最大搜索区间[1，2w+1]，s为搜索序号，f_lh(·)为序列对应的频率值序列，对侦收信号x₁和x₃的解缠绕序列Ψ₁₃进行解模糊搜索：

当s＝g时，

Υ₁₃(1)＝[Ψ₁₃(1)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(1)

Υ₁₃(2)＝[Ψ₁₃(2)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(2)

Υ₁₃(i)＝[Ψ₁₃(i)/(2π)-(g-v-1) ]/f_lh(i)

Υ₁₃(k)＝[Ψ₁₃(k)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(k)

均值：

方差：

则解模糊最优的s_g为：

s_g13＝argmin(Λ₁₃(g))

Argmin(·)表示搜索序列“·”最小的元素“·”。

对应的相位差：

Γ₁₃(1)＝[Ψ₁₃(1)/(2π)-(s_g13-v-1)]/f_lh(1)

Γ₁₃(2)＝[Ψ₁₃(2)/(2π)-(s_g13-v-1)]/f_lh(2)

Γ₁₃(i)＝[Ψ₁₃(i)/(2π)-(s_g13-v-1)]/f_lh(i)

Γ₁₃(k)＝[Ψ₁₃(k)/(2π)-(s_g13-v-1)]/f_lh(k)

均值：

步骤7：针对相位差序列Ψ₂₄，假定最大解模糊数为v，解模糊数w∈[-v，v]，g为模糊数搜索数，其最大搜索区间[1，2w+1]，s为搜索序号，f_lh(·)为序列对应的频率值序列，对侦收信号x₂和x₄的解缠绕序列Ψ₂₄进行解模糊搜索：

当s＝g时，

Υ₂₄(1)＝[Ψ₂₄(1)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(1)

Υ₂₄(2)＝[Ψ₂₄(2)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(2)

Υ₂₄(i)＝[Ψ₂₄(i)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(i)

Υ₂₄(k)＝[Ψ₂₄(k)/(2π)-(g-v-1)]/f_lh(k)

均值：

方差：

则解模糊最优的s_g为：

s_g24＝argmin(Λ₂₄(g))

Argmin(·)表示搜索序列“·”最小的元素“·”。

对应的相位差：

Γ₂₄(1)＝[Ψ₂₄(1)/(2π)-(s_g24-v-1)]/f_lh(1)

Γ₂₄(2)＝[Ψ₂₄(2)/(2π)-(s_g24-v-1)]/f_lh(2)

Γ₂₄(i)＝[Ψ₂₄(i)/(2π)-(s_g24-v-1)]/f_lh(i)

Γ₂₄(k)＝[Ψ₂₄(k)/(2π)-(s_g24-v-1)]/f_lh(k)

均值：

步骤8：主要是针对步骤6和7输出的τ₁₃和τ₂₄，利用四元阵几何构型与辐射源相对关系，计算辐射源来波方向(包括方位角α和俯仰角β)。

其中

T_complex＝(S_real+j×S_imag)×exp(j×π)

c为光速，R为基线的半径，测向模块输出的为辐射源的的方位角α和俯仰角β。