一种自适应宽窄带信号的低复杂度测向系统

本发明涉及信号处理，尤其涉及一种自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法及系统。

背景技术：

1、由于随着无线技术的不断发展，当代电子战环境趋于观测场景多变、信号种类多、信号调制方式多变、以及处理频段宽的方向变化。因此，要求电子侦察设备能够处理监视带宽内同时到达的宽带信号和窄带信号，并且具有较高处理效率，以使电子侦察设备能够迅速对敌方电子设备进行测向定位。

2、测向系统是电子侦察设备中的关键组成部分之一，传统的测向系统通常针对窄带信号或宽带信号进行单独设计，当宽窄带信号同时存在时，传统的测向系统并不能很好地对信号进行分选，无法进行自适应宽窄带信号的测向。并且，传统的测向系统直接采用经典空间谱估计测向算法对接收信号进行处理，其复杂度较高，运行速度较慢，无法满足战场环境中快速掌握目标态势的现实需求。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法及系统。

2、本发明的技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法，包括：

4、利用多个天线接收信号源发出的信号，其中，多个所述天线以均匀线阵的方式排列，且相邻天线之间的间距为半个波长；

5、以预设采样率对所述天线的接收信号进行信号采样；

6、对采样的信号进行区分以确定宽带信号和窄带信号；

7、对信号进行下变频处理以获取基带信号，并对基带信号进行抽取滤波处理；

8、利用预先存储的天线幅度相位校准参数对滤波处理后的信号进行校准；

9、若信号为宽带信号，对校准后的信号进行快速傅里叶变换处理以将宽带信号在频域上分解为多个窄带分量，根据快速傅里叶变换处理后的信号计算信号的协方差矩阵；若信号为窄带信号，根据校准后的信号计算信号的协方差矩阵；

10、提取协方差矩阵的特征值和特征向量；

11、根据特征值和特征向量构造信号子空间和噪声子空间，并根据信号子空间和噪声子空间估计接收信号的方位角度。

12、在一些可能的实现方式中，根据信号的带宽与载频的比值区分宽带信号和窄带信号。

13、在一些可能的实现方式中，若信号的带宽与载频的比值在10％以下，则信号为窄带信号，否则为宽带信号。

14、在一些可能的实现方式中，针对窄带信号，利用以下公式计算接收信号的协方差矩阵：

15、

16、针对宽带信号，利用以下公式计算接收信号的协方差矩阵：

17、

18、其中，表示接收信号的协方差矩阵，l表示快拍数，x(t)表示t时刻的接收信号，表示接收信号在fj频点的协方差矩阵，n表示频域快拍数，xn(fj)表示第n个快拍的信号在fj频点的傅里叶变换。

19、在一些可能的实现方式中，根据信号子空间和噪声子空间估计接收信号的方位角度，包括：

20、根据信号子空间和噪声子空间计算music算法伪谱函数；

21、以music算法伪谱函数取得最小值时对应的搜索角度作为接收信号的方位角度。

22、在一些可能的实现方式中，针对窄带信号，利用以下公式计算music算法伪谱函数：

23、

24、针对宽带信号，利用以下公式计算music算法伪谱函数：

25、

26、其中，p(θsearch)表示搜索角度θsearch对应的music算法伪谱函数，a(θsearch)表示搜索角度θsearch对应的线阵的空间导向矢量，en表示噪声矩阵，a(fj,θsearch)表示在fj频点θsearch角度的线阵的空间导向矢量，en(fj)表示在fj频点的噪声矩阵。

27、第二方面，还提供了一种自适应宽窄带信号的低复杂度测向系统，包括：

28、多个天线，多个所述天线以均匀线阵的方式排列，且相邻天线之间的间距为半个波长，用于接收外界信号源发出的信号；

29、采样模块，分别与多个所述天线和宽窄信号分选模块连接，用于以预设采样率对所述天线的接收信号进行信号采样，并发送至所述宽窄信号分选模块；

30、所述宽窄信号分选模块，与下变频及滤波模块连接，用于对接收信号进行区分以确定宽带信号和窄带信号，并将区分好的宽带信号或窄带信号发送至所述下变频及滤波模块；

31、所述下变频及滤波模块，与校准模块连接，用于对接收信号进行下变频处理以获取基带信号、以及对基带信号进行抽取滤波处理，并将处理后的信号发送至所述校准模块；

32、所述校准模块，分别与fft处理模块和协方差矩阵生成模块连接，用于利用预先存储的天线幅度相位校准参数对接收信号进行校准，并将校准后的对应于宽带信号的接收信号发送至所述fft模块，将校准后的对应于窄带信号的接收信号发送至所述协方差矩阵生成模块；

33、所述fft模块，与所述协方差矩阵生成模块连接，用于对接收信号进行快速傅里叶变换处理以将接收信号在频域上分解为多个窄带分量，并将处理后的信号发送至所述协方差矩阵生成模块；

34、所述协方差矩阵生成模块，与特征值分解模块连接，用于计算接收信号的协方差矩阵；

35、所述特征值分解模块，与谱峰搜索模块连接，用于提取协方差矩阵的特征值和特征向量；

36、所述谱峰搜索模块，用于根据协方差矩阵的特征值和特征向量构造信号子空间和噪声子空间，并根据信号子空间和噪声子空间估计接收信号的方位角度。

37、在一些可能的实现方式中，所述下变频及滤波模块包括：

38、乘法器，其包括两个，两个所述乘法器的输入端相连接，用于作为所述下变频及滤波模块的输入端；

39、直接数字频率合成器，分别与两个所述乘法器连接，用于产生cos(2πft)和sin(2πft)在预设采样率下的离散信号，并分别输入两个所述乘法器，以使离散信号与接收信号进行相乘以获取基带信号；其中，f表示接收信号的中心频率，t表示时间长度；

40、滤波器，其包括两个，每个所述乘法器的输出端连接一个所述滤波器，所述滤波器用于对所述乘法器输出的基带信号进行抽取滤波处理以滤除不能用于测向的无用频率分量和对信号完成无混叠抽取。

41、在一些可能的实现方式中，所述滤波器为cic滤波器。

42、在一些可能的实现方式中，所述协方差矩阵生成模块采用乘法累加器。

43、本发明技术方案的主要优点如下：

44、本发明的自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法及系统通过配置信号的带宽、频点等参数信息，能够实现宽窄带信号的自动分选、传输与测向；同时，在对接收信号进行数字下变频后，利用滤波器进行抽取滤波处理，能够进一步降低空间谱估计测向的复杂度，降低测向成本。

技术特征：

1.一种自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法，其特征在于，根据信号的带宽与载频的比值区分宽带信号和窄带信号。

3.根据权利要求2所述的自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法，其特征在于，若信号的带宽与载频的比值在10％以下，则信号为窄带信号，否则为宽带信号。

4.根据权利要求1所述的自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法，其特征在于，针对窄带信号，利用以下公式计算接收信号的协方差矩阵：

5.根据权利要求1所述的自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法，其特征在于，根据信号子空间和噪声子空间估计接收信号的方位角度，包括：

6.根据权利要求5所述的自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法，其特征在于，针对窄带信号，利用以下公式计算music算法伪谱函数：

7.一种自适应宽窄带信号的低复杂度测向系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的自适应宽窄带信号的低复杂度测向系统，其特征在于，所述下变频及滤波模块包括：

9.根据权利要求8所述的自适应宽窄带信号的低复杂度测向系统，其特征在于，所述滤波器为cic滤波器。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的自适应宽窄带信号的低复杂度测向系统，其特征在于，所述协方差矩阵生成模块采用乘法累加器。

技术总结
本发明公开了一种自适应宽窄带信号的低复杂度测向方法及系统，包括：利用多个天线接收信号源发出的信号；对接收信号进行信号采样；对采样的信号进行区分以确定宽带信号和窄带信号；对信号进行下变频处理以获取基带信号，并对基带信号进行抽取滤波处理；利用预先存储的天线幅度相位校准参数对滤波处理后的信号进行校准；根据校准后的信号计算信号的协方差矩阵；提取协方差矩阵的特征值和特征向量；根据特征值和特征向量构造信号子空间和噪声子空间，并根据信号子空间和噪声子空间估计接收信号的方位角度。本发明能够实现宽窄带信号的自动分选、传输与测向；同时利用滤波器进行抽取滤波处理，能够进一步降低空间谱估计测向的复杂度，降低测向成本。

技术研发人员：马雅楠,范广腾,曹璐,田世伟,赵鑫,黄昊
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13