[發明專利]一種基于天線陣列的無人機DOA估計方法及裝置

有效

• 申請號: 202010220530.2
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111431641B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 曹聰慧;侯群;漆為民;王芳;張建敏
• 申請（專利權）人: 江漢大學
• 主分類號: H04B17/318
• 分類號: H04B17/318;G01S3/14;H04B7/0404
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 江慧

1.一種基于天線陣列的無人機DOA估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

通過等邊多邊形的天線陣列被動收集無人機與遙控器之間進行通信的射頻信號，并對所述射頻信號進行預處理；

對每一邊的天線接收的多組射頻信號進行頻域累積，得到累積信號；

對存在UAV信號的所述累積信號采用互相關算法計算得到UAV信號的起始頻率和截止頻率；

根據所述起始頻率和截止頻率計算所述UAV信號的UAV信號強度；

篩選出位置相鄰且UAV信號強度最大的兩根天線，計算兩根天線的信號強度之比得到實際信號強度比值；

根據所述實際信號強度比值以及天線方向圖估算所述無人機的DOA角度；

根據所述起始頻率和截止頻率計算所述UAV信號的UAV信號強度，具體為：

其中，P_i為第i個天線所接收到的UAV信號強度，f_start為所述起始頻率，f_end為所述截止頻率，f_w為所述射頻信號的頻域采樣間隔，為第i個天線在第k個頻率位置處的射頻信號，k為第k個頻點，且k＝1,...,(2.5-2.4)×10⁹/f_w；

根據所述實際信號強度比值以及天線方向圖估算所述無人機的DOA角度，具體為：

所述天線方向圖為：

D＝[D₀,...,D_α，...，D₃₆₀]

其中，D為所述天線方向圖，D_α為天線方向圖中角度α處的相對場強，α＝0,…,360；

確定所述天線方向圖上場強比值最接近所述實際信號強度比值的角度作為所述DOA角度：

其中，A_i+1為無人機的UAV信號相對于第i+1根天線的DOA角度，α_i為UAV信號與第i根天線的法線之間的夾角，α_i+1為UAV信號與第i+1根天線的法線之間的夾角，為天線方向圖中α_i+1角度處的相對場強，D_360°為天線方向圖中360度處的相對場強，ρ為實際信號強度比值，α₀為第i根天線與第i+1根天線之間的夾角。

2.根據權利要求1所述的基于天線陣列的無人機DOA估計方法，其特征在于，當所述射頻信號中包含UAV信號時，對所述射頻信號進行預處理，具體為：

設計一個匹配濾波模板：

計算所述匹配濾波模板與每一天線各組數據在WIFI干擾信號的各載波中心頻率位置處的互相關值；

根據所述互相關值為所述匹配濾波模板設置檢測閾值；

通過所述匹配濾波模板對所述射頻信號進行濾波，判斷各所述天線的每一組射頻信號的互相關值是否超過設定閾值，如果超過，則判定相應組的射頻信號中包含WIFI干擾信號，并用WGN代替相應頻帶處的WIFI干擾信號，如果不超過，則判定相應組的射頻信號中不包含WIFI干擾信號；

采用集合經驗模態分解去除所述射頻信號中的WGN，得到預處理后的射頻信號。

3.根據權利要求1所述的基于天線陣列的無人機DOA估計方法，其特征在于，當所述射頻信號中不包含UAV信號時，對所述射頻信號進行預處理，具體為：

設計一個匹配濾波模板：

計算所述匹配濾波模板與每一天線各組數據在WIFI干擾信號的各載波中心頻率位置處的互相關值；

根據所述互相關值為所述匹配濾波模板設置檢測閾值；

通過所述匹配濾波模板對所述射頻信號進行濾波，判斷各所述天線的每一組射頻信號的互相關值是否超過設定閾值，如果超過，則判定相應組的射頻信號中包含WIFI干擾信號，并刪除相應頻帶處的WIFI干擾信號得到預處理后的射頻信號，如果不超過，則判定相應組的射頻信號中不包含WIFI干擾信號。