[發(fā)明專利]基于頻域時(shí)間反轉(zhuǎn)的雷電多源定向方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611078275.2
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106950531B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱實(shí);汪濤;石立華;段艷濤;賀偉雄
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11548
• 代理人: 黃玉玨

本發(fā)明公開了一種基于頻域時(shí)間反轉(zhuǎn)的雷電多源定向方法，通過對陣列接收的時(shí)域信號進(jìn)行離散傅里葉變換后作共軛處理，而后利用原接收陣列將處理后的信號再發(fā)射至空間各處，提取各個(gè)聚焦點(diǎn)即為對應(yīng)輻射源的入射方向。本發(fā)明的方法區(qū)別于時(shí)間到達(dá)差法和相位干涉法，無需估計(jì)陣列接收信號的時(shí)間到達(dá)差或相位差，克服了同一個(gè)時(shí)間窗口下無法對多個(gè)雷電輻射源同時(shí)進(jìn)行定位的難題，為雷電探測水平的進(jìn)一步提高提供了可行方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于頻域時(shí)間反轉(zhuǎn)的雷電多源定向方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)閃電三維定位技術(shù)可分為時(shí)間到達(dá)差(TOA)技術(shù)和相位干涉技術(shù)。然而無論是TOA技術(shù)，還是相位干涉技術(shù)，均無法實(shí)現(xiàn)同時(shí)對多個(gè)雷電輻射源進(jìn)行定位。其中，TOA技術(shù)通過提取閃電輻射脈沖到達(dá)各個(gè)觀測站的時(shí)間，進(jìn)而對閃電輻射源進(jìn)行定位，當(dāng)多個(gè)輻射源的輻射信號同時(shí)到達(dá)觀測站時(shí)，TOA技術(shù)因無法分辨、提取各個(gè)輻射源對應(yīng)的時(shí)間信息，因而無法對多個(gè)輻射源進(jìn)行定位，甚至單源定位也會(huì)受影響；相位干涉技術(shù)是基于估計(jì)任意兩個(gè)到達(dá)信號的在各個(gè)頻點(diǎn)上的相位差進(jìn)行定位的，當(dāng)有多個(gè)輻射源時(shí)，各頻點(diǎn)的相位差疊加，該技術(shù)因不能同時(shí)估計(jì)多個(gè)輻射源的到達(dá)陣列的相位差而不能進(jìn)行多源定位。

在VHF閃電輻射源定位或者雷聲定位過程中，由于閃電輻射源在空間、時(shí)間上分布的復(fù)雜性，多個(gè)輻射源同時(shí)到達(dá)觀測站的可能性很大，這時(shí)傳統(tǒng)的雷電定位技術(shù)會(huì)因多源出現(xiàn)而定位失敗或產(chǎn)生誤判，從而影響閃電定位的精度和可靠性。

針對以上不足，有必要提出一種基于頻域時(shí)間反轉(zhuǎn)的雷電多源定向方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供了一種基于頻域時(shí)間反轉(zhuǎn)的雷電多源定向方法，可實(shí)現(xiàn)同一個(gè)時(shí)間窗下對多個(gè)雷電輻射源同時(shí)進(jìn)行定向，其優(yōu)勢在于無需估計(jì)到達(dá)信號的時(shí)間差，擺脫了傳統(tǒng)技術(shù)必須估計(jì)到達(dá)信號時(shí)間差或相位差的限制，并且時(shí)間反轉(zhuǎn)信號能量在各個(gè)輻射源入射方向上自動(dòng)聚焦的功能，從而實(shí)現(xiàn)了雷電多源定向的功能。

為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于頻域時(shí)間反轉(zhuǎn)的雷電多源定向方法，包括下列步驟：

步驟S1：利用M個(gè)雷電信號測量傳感器，測量信號包括電磁脈沖輻射信號和雷聲信號，按照任意兩條基線不共線原則，且基線長度遠(yuǎn)小于輻射源與陣列的距離，組成信號源定向陣列，接收信號源遠(yuǎn)場輻射信號；其中輻射源至少包括雷電電磁脈沖輻射源和雷聲輻射源，陣列和信號源定向陣列是等價(jià)的，都是測量傳感器陣列；信號源遠(yuǎn) 場輻射信號指的是傳感器接收的輻射源信號需是雷電輻射源的遠(yuǎn)場輻射信號；

步驟S2：取出接收信號源遠(yuǎn)場輻射信號中參與定位的數(shù)據(jù)段進(jìn)行離散傅里葉變換后取共軛，設(shè)m個(gè)陣元V_m接收的信號為s_m(t)，m＝1，2，3，…，M，對陣元接收信號做離散傅里葉變換并取共軛，令頻域信號為X_m(f)，得到M組頻域信號，令每組頻域信號含有的頻點(diǎn)數(shù)為N，將其按行排列可得一個(gè)M×N的矩陣S，如下式所示：

其中所述的數(shù)據(jù)段是指可用有效的信號段，不包括被噪聲淹沒的信號段，因?yàn)楸辉肼曆蜎]的信號是無法定位的，陣元就是信號源定向陣列中的一個(gè)傳感器；所述的頻域信號就是共軛之后的信號；f表示頻域信號的頻點(diǎn)；

步驟S3：對整個(gè)空間所有方向的方位角和仰角θ組成的二維平面進(jìn)行柵格化，每個(gè)柵格單元邊長為φ，每個(gè)柵格單元對應(yīng)信號入射角參數(shù)為i＝1，2，3，…，(360°/φ+1)，j＝1，2，3，…，(90°/φ+1)，選定一個(gè)參考點(diǎn)，求取陣列對應(yīng)每個(gè)角度柵格在每個(gè)頻點(diǎn)上相對于該參考點(diǎn)的方向矢量(1×M的行向量)，n＝1，2，3，…，N，如下式所示：

式中：τ_m為輻射源到達(dá)陣元m與參考點(diǎn)的相對時(shí)差；