一种圆环阵列塔康信标方向图实时监测方法及系统

技术领域

本发明属于导航领域，特别涉及一种圆环阵列塔康信标方向图实时监测方法及系统。

背景技术

塔康系统是飞机的导航引导设备，由美国海军在上世纪50年代研制并投入使用，由于塔康系统测角测距精度较高，系统能提供二维定位，天线体积较小、便于机动等优点，很快被世界各国空军采用。塔康信标机是塔康系统的基本组成部分，通常它被架设在地面上已知地理位置(如某机场、航路点等)，为安装塔康机载设备的飞机提供近程测向、测距导航系统。所以常称为塔康地面信标(塔康地面设备)。为了某些特殊功能用途，塔康信标也会安装在大型军舰(如航空母舰、大型驱逐舰等)。

传统塔康信标天线采用1个水平面上无方向性的有源振子天线，在其外圈增加15Hz和135Hz调制寄生振子实现全向心形九瓣方向图。随着相控阵技术的发展，现已逐步采用圆环阵列天线实现塔康心形九瓣方向图。圆环阵列塔康信标天线通过调整每列天线的输入信号的幅度和相位参数，通过天线辐射信号后在空间合成形成心形九瓣方向图，如图1。根据塔康系统的测角原理可知，塔康信标形成的九瓣心形方向图性能直接决定了塔康系统的测角精度。在使用过程中，圆环阵列天线部分发射通道性能下降或发生故障后，如不能实时给出提示并进行修复，将无法继续为飞机提供导航信息。为实现对阵列合成的心形九瓣方向图性能实时监测，需要设计一种阵列塔康信标方向图实时监测方法。

发明内容

为解决基于圆环阵列天线的塔康信标方向图实时监测问题，本发明提出了一种圆环阵列塔康信标方向图实时监测方法及系统，通过对圆环阵列天线发射通道耦合信号进行采样和信号处理获得当前塔康心形九瓣方向图性能，实现对塔康信标方向图的实时监测。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种圆环阵列塔康信标方向图实时监测方法，具体包括：

对圆环阵列信标天线每一列发射通道耦合信号进行AD采样和信号处理，获得每一列塔康发射信号的幅度和相位信息；

根据每一列塔康发射信号幅度和相位信息计算得到圆环阵方向图函数，通过DFT将圆环阵方向图函数变换至频域；

根据频域信息确认15Hz和135Hz以及相应的谐波成分是否满要求。

进一步地，所述幅度为：

式中，X(k

进一步地，所述相位为：

进一步地，所述圆环阵方向图函数为：

式中，F(θ

进一步地，通过DFT将圆环阵方向图函数变换至频域为：

进一步地，判断圆环阵方向图15Hz和135Hz以及相应的谐波成分是否满足GJB1946-1994塔康地面设备和设定规范的调制度要求。

进一步地，所述根据频域信息确认15Hz和135Hz以及相应的谐波成分是否满足GJB1946-1994塔康地面设备和通用规范的调制度要求具体包括：

15Hz和135Hz调制信号的调制度，应满足21％±9％，两者之和应不大于55％，即:

式中，Y(0Hz)、Y(15Hz)、Y(135Hz)分别代表0Hz、15Hz、135Hz对应谱线的幅度；

15Hz调制信号的第2次到第6次谐波相对基波的各次谐波平方和的平方根应不超过20％，频率105，120，150，165Hz各自相对基波的谐波均应不超过15％，这些谐波的平方和的平方根应不超过20％，即：

式中，Y(30Hz)、Y(45Hz)、Y(60Hz)、Y(75Hz)、Y(90Hz)、Y(105Hz)、Y(120Hz)、Y(150Hz)、Y(165Hz)分别代表30Hz、45Hz、60Hz、75Hz、90Hz、105Hz、120Hz、150Hz、165Hz对应谱线的幅度；

135Hz调制信号相对基波的各次谐波平方和的平方根应不超过15％，即：

式中，Y(135nHz)代表135Hz调制信号各次谐波对应谱线的幅度；

当Y(k)不能同时满足上述要求时，则判定当前塔康信标天线方向图不满足要求。

一种基于所述的圆环阵列塔康信标方向图实时监测方法的系统，包括幅度和相位计算单元、圆环阵方向图函数确定单元和判断单元，其中，

所述幅度和相位计算单元用于圆环阵列信标天线每一列发射通道耦合信号经AD采样和信号处理后，获得每一列塔康发射信号的幅度和相位信息；

所述圆环阵方向图函数确定单元根据幅度和相位计算单元获取的每一列塔康发射信号幅度和相位信息计算得到圆环阵方向图函数，并通过DFT将圆环阵方向图函数变换至频域；

所述判断单元根据圆环阵方向图函数确定单元获得的频域信息判断15Hz和135Hz以及相应的谐波成分是否满足要求。

本发明与现有技术相比，其显著有益效果为：本发明根据塔康信标天线九瓣心形特有的15Hz与135Hz调制频率特性、相应的调制度以及谐波限制要求，获取所有发射通道耦合信号后经处理统一变换至频域，可实时量化确认当前塔康信标方向图是否满足要求，实现对塔康信标方向图的实时监测。

附图说明

图1为塔康心形九瓣方向图。

图2为阵列天线耦合信号采样和信号处理示意图。

具体实施方式

本方法提出的一种圆环阵列塔康信标方向图实时监测方法，包括：

步骤一：圆环阵列信标天线每一列发射通道耦合信号经AD采样和信号处理后，获得每一列塔康发射信号的幅度和相位信息；

步骤二：根据步骤一获得的每一列塔康发射信号幅度和相位信息计算得到圆环阵方向图函数，通过DFT将圆环阵方向图函数变换至频域；

步骤三：根据步骤二获得的频域信息确认15Hz和135Hz以及相应的谐波成分是否满足GJB1946-1994塔康地面设备和通用规范的调制度要求，若不满足判定当前塔康信标天线方向图不满足要求。

本发明的实施例具体包括以下步骤：

步骤一：圆环阵列信标天线每一列发射通道耦合信号经AD采样和信号处理后，获得每一列塔康发射信号的幅度和相位信息。

对信标天线每一列发射通道耦合信号进行AD采样和信号处理，如图2所示，对于采样和信号处理过程为本领域常规技术，在此不再累述。每一列塔康发射信号幅度相位数据解算采用DFT的方式，具体原理如下：通过DFT分别得到每一列塔康发射采样信号的离散频谱，求出其在最大谱线处的幅度值和相位值。

设单列天线耦合采样的数字信号为

式中A为信号幅度，k

X(k)在k＝k

X(k)在k＝k

X(k)在k＝k

根据式(4)、式(5)分别计算每列发射信号相位和幅度信息

步骤二：根据步骤一获得的每一列塔康发射信号幅度和相位信息计算得到圆环阵方向图函数，通过DFT将圆环阵方向图函数变换至频域。

在完成步骤一获取到各列发射通道耦合信号幅相信息后，通过式(6)获取圆环阵方向图函数。

式中F(θ

步骤三：根据步骤二获得的频域信息Y(k)确认15Hz和135Hz以及相应的谐波成分对应谱线的幅度是否满足调制度要求。

根据GJB 1946-1994塔康地面设备和通用规范要求，15Hz和135Hz调制信号的调制度，应满足21％±9％，两者之和应不大于55％。

式(8)～(10)中，Y(0Hz)、Y(15Hz)、Y(135Hz)分别代表0Hz、15Hz、135Hz对应谱线的幅度。

根据GJB 1946-1994塔康地面设备和通用规范要求，15Hz调制信号的第2次到第6次谐波相对基波的各次谐波平方和的平方根应不超过20％，频率105，120，150，165Hz各自相对基波的谐波均应不超过15％，这些谐波的平方和的平方根应不超过20％。

式(11)～(13)中Y(30Hz)、Y(45Hz)、Y(60Hz)、Y(75Hz)、Y(90Hz)、Y(105Hz)、Y(120Hz)、Y(150Hz)、Y(165Hz)分别代表30Hz、45Hz、60Hz、75Hz、90Hz、105Hz、120Hz、150Hz、165Hz对应谱线的幅度。

根据GJB 1946-1994塔康地面设备和通用规范要求，135Hz调制信号相对基波的各次谐波平方和的平方根应不超过15％。

式中Y(135nHz)代表135Hz调制信号各次谐波对应谱线的幅度。

当Y(k)不能同时满足式(8)～(14)时，则判定当前塔康信标天线方向图不满足要求。

本实施例的方法通过实现了对圆环阵列塔康信标心形九瓣方向图实时量化监测。

一种基于所述的圆环阵列塔康信标方向图实时监测方法的系统，包括幅度和相位计算单元、圆环阵方向图函数确定单元和判断单元，其中，

所述幅度和相位计算单元用于圆环阵列信标天线每一列发射通道耦合信号经AD采样和信号处理后，获得每一列塔康发射信号的幅度和相位信息；

所述圆环阵方向图函数确定单元根据幅度和相位计算单元获取的每一列塔康发射信号幅度和相位信息计算得到圆环阵方向图函数，并通过DFT将圆环阵方向图函数变换至频域；

所述判断单元根据圆环阵方向图函数确定单元获得的频域信息判断15Hz和135Hz以及相应的谐波成分是否满足要求。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时执行以下步骤：

步骤一：圆环阵列信标天线每一列发射通道耦合信号经AD采样和信号处理后，获得每一列塔康发射信号的幅度和相位信息；

步骤二：根据步骤一获得的每一列塔康发射信号幅度和相位信息计算得到圆环阵方向图函数，通过DFT将圆环阵方向图函数变换至频域；

步骤三：根据步骤二获得的频域信息判断15Hz和135Hz以及相应的谐波成分是否满足要求。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时执行以下步骤：

步骤一：圆环阵列信标天线每一列发射通道耦合信号经AD采样和信号处理后，获得每一列塔康发射信号的幅度和相位信息；

步骤二：根据步骤一获得的每一列塔康发射信号幅度和相位信息计算得到圆环阵方向图函数，通过DFT将圆环阵方向图函数变换至频域；

步骤三：根据步骤二获得的频域信息判断15Hz和135Hz以及相应的谐波成分是否满足要求。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。