[發明專利]一種多基線相位-相位譜干涉儀測向裝置

有效

• 申請號: 201110376516.2
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN102435978A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 馬洪;朱超;譚萍;羅冶
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01S3/46
• 分類號: G01S3/46
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明涉及一種基于多基線的相位一相位譜干涉儀測向裝置，具體涉及該測向裝置中的數字處理算法及相應的硬件單元。

背景技術

無源定位技術是利用被探測目標自身的電磁輻射來實現目標定位的技術。由于定位系統自身不發射電磁波，因而可以避開反雷達設備，對目標進行隱蔽地探測和定位，具有抗干擾能力強、作用距離遠等一系列優點。

無源定位技術的核心之一在于對電磁輻射源進行高精度的測向。目前已有多種測向算法投入實際應用。相比于需要進行二維譜峰搜索的空間譜測向算法，相位干涉儀算法因其方法簡單、實現方便、計算速度快等特點而得到廣泛應用。相位干涉儀算法成功應用的關鍵在于以下幾個問題的解決：如何計算入射信號到達任意兩個接收天線時的相位差、如何根據天線陣列流形來設計解相位模糊的策略、如何對多個不同頻率的入射波進行測向。此前，人們較多關注解相位模糊問題，已提出了基于多基線的多種解模糊方法(包括相關干涉儀方法在內)，但對前述另兩個問題卻較少研究，也極少給出結合實際硬件平臺的相位干涉儀算法的實現細節。

發明內容

針對上述問題，本發明公開一種基于正交/非正交多基線的相位-相位譜干涉儀測向裝置，該裝置具有良好的測向精度和可靠性，能夠解決單個窄帶信號入射或多個異頻窄帶信號入射這兩種典型情況下的信號波達方向估計問題。

本發明提供的一種多基線相位-相位譜干涉儀測向裝置，其特征在于，該裝置包括依次電連接的天線陣列、多通道數字接收單元和數字信號處理單元；

天線陣列用于接收VHF頻段的電磁信號，并將接收到的電磁信號分別傳送給多通道數字接收單元；

多通道數字接收單元對天線陣列所接收到得電磁信號進行模擬濾波、放大、混頻處理，然后經過ADC同步采樣得到具有數字信號，最后，經過預處理后提供給數字信號處理單元；

數字信號處理單元根據天線陣列的流形，實現正交/非正交多基線相位干涉儀測向功能和相位譜干涉儀測向功能，完成對單個窄帶信號入射或多個異頻窄帶信號入射的信號波達方向估計；

所述數字信號處理單元包括互相關計算模塊、FFT計算模塊、數據分類緩存模塊、數據輸出控制模塊、PCI上傳模塊、反三角函數計算模塊、相位差計算模塊、解相位模糊算法模塊和DOA計算模塊；

互相關計算模塊對接收采集得到的數字信號，做通道間的互相關處理，得到所用基線的互相關平均值，并將計算得到的互相關信息通過數據組幀傳輸模塊提供給數據分類緩存模塊；

FFT計算模塊對每個通道接收采樣得到的數據做FFT處理，得到信號的頻域信息，包括對通道直接做FFT得到的通道信號頻譜信息和先對兩通道做互相關計算，然后對計算得到的互相關做FFT處理得到的互相關頻譜信息，并通過數據組幀傳輸模塊提供給數據分類緩存模塊；

數據分類緩存模塊用于對接收到的數據進行分類緩存；

數據輸出控制模塊用于控制第二FPGA中的數據流走向，完成PCI上傳模塊對數據分類緩存模塊和HPI接口模塊中數據的分類有序的讀取，同時也完成數據分類緩存模塊和HPI接口模塊之間的數據通信；

相位差計算模塊利用互相關信息和信號的頻域信息，針對窄頻帶單源和寬頻帶多源兩種不同的信號入射，利用三種不同的方法計算得到基線的兩端天線接收到的信號的相位差，并提供給解相位模糊算法模塊；

解相位模糊算法模塊利用確定無模糊的兩短基線的相位差與可能存在模糊的長基線相位差的確定關系，來確定上述長基線相的位差，并提供給DOA計算模塊；

DOA計算模塊利用長基線相位差求得信號的入射方向，并存貯到DSP的外部存儲模塊中待用；

反三角函數計算模塊采用分段展開泰勒級數的方法，用DSP實現定點化的反正切函數和反余弦函數的計算，供相位差計算模塊和DOA計算模塊調用；

PCI上傳模塊用于讀取包括波形信息、DOA信息、互相關信息和信號的頻域信息在內的各類數據，然后上傳到PC機。

與其它的相位干涉儀測向裝置相比，本發明公開的基于正交/非正交多基線的相位-相位譜干涉儀測向方法及數字處理裝置，具有以下特點：

(1)使用兩條彼此正交的長基線來計算接收信號的精確相位差，然后使用兩條非正交的短基線來解除相位模糊。所使用的基線數少，并且具備0°～360°方位角和0°～90°仰角的全空域測量范圍；

(2)采用多基線相位干涉儀算法計算單個窄帶入射信號的波達方向，使用多基線相位譜干涉儀算法計算多個異頻窄帶入射信號的波達方向。避免了常規的相位干涉儀只能處理單個入射信號的問題；