[發明專利]基于極大似然的多天線無線電臺與無人機通信的測向方法

有效

• 申請號: 202110042744.X
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112904269B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 曹運合;閔偉杰;劉帥;劉玉濤;張金波;趙玉超;王蒙
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發明公開了一種基于極大似然的多天線無線電臺與無人機通信的測向方法，包括步驟：離線計算并存儲陣列流型；處理信號回波計算協方差矩陣；初始化參數及參數集；設計構造投影矩陣，投影到信號子空間搜索最優值；更新搜索次數；對目標導向矢量進行移位判別；更新迭代次數。本發明解決了陣元天線個數較少，天線波束主瓣較寬，超分辨方法也可在現有設備的條件下提升多信源的分辨能力的問題；將超分辨方法使用于現有設備，具備關于方位俯仰匹配問題的尋優功能，適用于多天線通信信號測向。

技術領域

本發明涉及雷達信號處理技術領域，涉及無人機通信信號測向問題，具體是一種基于極大似然的多天線無線電臺與無人機通信的測向方法，適用于合作無人機目標的高精度方位角估計。

背景技術

無人機，屬于現階段一種新興的產業，相比較于有人機，它所具備人員零傷亡、低廉的造價等優越性，促使其逐漸成為了社會各界所普遍關注的一個焦點。無線電科學技術被有效應用到無人機當中，為無人機提供了強大的技術支持。伴隨著現階段信息化處理及融合技術、導航及飛控技術、傳感器科學技術、數據鏈路的通信技術等不斷進步發展，提供情報收集和巡邏偵察的無人機邁入全新發展時期，無人機快速機動反應、最佳偵察視角、人員傷亡率少、成本低廉等優越性日益被凸顯，并呈現著更為良好的應用發展前景。

隨著現代電磁環境的日趨復雜化，無線電電臺通信設備也經歷了不斷的變換與改進。從最早的固化、單一模式，到軟件化，再到智能化，電臺設備的靈活性、自適應性等都得到了大幅度的提高。如何在復雜的電磁環境下，利用現有少量天線的硬件條件，實現通信信號的精確測向，用于支持己方目標定位是現在無線電臺通信定位的重點問題。

無線電臺多天線信源測角有以下三個特點：1)利用通信信號的一串前綴進行信源測角，即屬于陣列多快拍測角的范疇；2)陣元天線數目較少，數字波束主瓣很寬，旁瓣高且起伏大，傳統波束形成方法不再適用于多信源定位；3)需要陣列實現多個信源目標的測向，信源的高度可由信源自帶的測高儀來得到(即信源的俯仰角度可認為已知)。無線電臺多天線信源測角優劣特點都很明顯，在誤差條件下如何保證測角精度是要解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于極大似然的多天線無線電臺與無人機通信的測向方法，利用通信信號的一串前綴信號進行信源測角，輸出高精度的合作無人機目標的高精度方位角，適用于存在幅相誤差環境下，具有較強的適應性。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

基于極大似然的多天線無線電臺與無人機通信的測向方法，包括以下步驟：

步驟1，離線計算并存儲陣列流型：將方位測角范圍[0，360°]劃分為P個離散方位角，將俯仰測角范圍劃分為Q個俯仰角，形成P×Q的離散網格；根據天線的坐標(x_n，y_n，z_n)和通信信號的方向向量得到離散化陣列流型A₁，...，A_q，...，A_Q；

其中，為最大俯仰測角，A_q為俯仰角對應的方位陣列流型；為對應方位角θ_p、俯仰角的陣列導向矢量，A_q∈C^N×P，N為天線個數；

步驟2，無線電臺的N個天線分別接收每個無人機的通信信號，根據接收的M次快拍信號，計算對應的協方差矩陣R；

步驟3，輸入在線計算所需的目標參數：輸入K個目標對應的陣列流型A_q(1)，...，A_q(k)，...，A_q(K)和總迭代次數K_times；其中，K_times＝K；