一种单星通道复用的测向定位方法、设备和可读存储介质

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种单星通道复用的测向定位方法。

背景技术

单星测向定位是利用入射信号相位差信息计算出目标信号相对于两条基线(X维度与Y维度)的夹角90-β

还有一些单星测向定位方法中，利用3个单元天线比幅测向的结果来解一维线阵干涉仪测向的相位差模糊。该一维线阵干涉仪由4个单元天线A0、A1、A2、A3构成3条基线，可在其法向±45°角度范围内对8-18GHz的信号实施精确测向。每个单元天线在8GHz时3dB波束宽度为±60°，在18GHz时3dB波束宽度为±45°。于是最终的“比幅+干涉仪”测向的单元天线布置形式如图2所示。图2中2个单元天线A4和A5的轴线分别向左和向右旋转45°，并在干涉仪天线阵中选择A2一起完成3天线比幅测向功能。在此设计方案中比幅测向与干涉仪测向中有1个单元天线共用，所以整个“比幅+干涉仪”测向由位于同一条直线上的6个一样的单元天线实现，这样也有利于提升整个测向系统的维修保障性。但此方案为单天线检测通道，系统灵敏度较低，无法满足单星信号接收要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在单星测向定位技术体制在应用中受系统灵敏度及测向解模糊等性能要求还有载荷的体积尺寸等方面限制，各种方式的应用范围不够广泛的技术问题之一。

为此，本发明第一方面提供了一种单星通道复用的测向定位方法。

本发明第二方面提供了一种计算机设备。

本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质。

本发明提出的单星通道复用的测向定位方法，包括：

确定干涉仪基线，排布天线阵列；

根据“干涉仪覆盖空域与多DBF比幅波束覆盖空域一致、DBF比幅精度优于无模糊视场的一半”原则，设计DBF解模糊波束的波束宽度和数量；

对所有天线接收到的信号进行DBF处理；

利用DBF比幅波束进行信号检测、参数测量；

根据测量得到的参数引导干涉仪通道完成干涉仪的相位测量；

利用DBF比幅波束测得的来波方向解干涉仪测向的相位差模糊，完成测向；

根据测向结果完成目标定位解算。

根据本发明上述技术方案的单星通道复用的测向定位方法，还可以具有以下附加技术特征：

在上述技术方案中，所述确定干涉仪基线，排布天线阵列，包括；

利用相距最远的两个天线构成干涉仪基线；

天线阵列中各天线等间距依次排列。

在上述技术方案中，所述对所有天线接收到的信号进行DBF处理包括：

将每个天线接收到的信号通过射频前端进行滤波放大和下变频；

对完成了滤波放大和下变频的信号进行AD转换。

在上述技术方案中，所述利用DBF比幅波束进行信号检测、参数测量包括：

使DBF波束的指向按照DBF波束的波束宽度间隔，覆盖干涉仪天线主波束的覆盖范围；

利用DBF波束进行比幅测向。

在上述技术方案中，所述利用DBF比幅波束测得的来波方向解干涉仪测向的相位差模糊包括：

确认干涉仪的相位所在的无模糊视场。

在上述技术方案中，所述干涉仪覆盖空域与多DBF比幅波束覆盖空域一致包括：

按照DBF比幅波束3dB重叠原则，同时形成多个比幅波束，使之与干涉仪波束覆盖范围一致。

在上述技术方案中，所述DBF比幅精度优于无模糊视场的一半包括：

DBF比幅测向的精度和测量误差之和小于无模糊视场的一半。

在上述技术方案中，当干涉仪相位差为180°时，无模糊视场的计算方法如下：

其中，θ

本发明还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如上述技术方案中任一项所述的单星通道复用的测向定位方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现如上述技术方案中任一项所述的单星通道复用的测向定位方法。

综上所述，由于采用了上述技术特征，本发明的有益效果是：

充分利用卫星平台释放的资源，利用紧密排列的多天线通道数据完成DBF数字波束合成，然后再进行信号检测，提高了系统处理增益，实现高灵敏度信号检测，提取波束数据幅度等信息进行比幅测向，同时引导干涉仪通道(干涉仪通道和DBF通道复用)提取相位信息进行干涉仪测向，通过天线布局设计并利用DBF波束的灵活指向，实现DBF比幅测向解干涉仪测向的相位差模糊，既提高了信号检测灵敏度，还提高了干涉仪解模糊测向性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是单星测向定位中天线阵与辐射源的位置关系示意图；

图2是传统“比幅+干涉仪”测向的单元天线布置图；

图3是本发明一个实施例的单星通道复用的测向定位方法中线阵阵列通道示意图；

图4是本发明一个实施例的单星通道复用的测向定位方法中干涉仪相位模糊引起的入射角模糊原理示意图；

图5是本发明一个实施例的单星通道复用的测向定位方法中比幅测向解干涉仪模糊原理示意图；

图6是本发明一个实施例的单星通道复用的测向定位方法中DBF比幅波束与干涉仪波束覆盖范围示意图；

图7是本发明第三个实施例中二维干涉仪基线示意图；

图8是本发明第三个实施例中波束形成示意图；

图9是本发明第三个实施例中不同频率下DBF比幅波束与干涉仪波束覆盖范围仿真对比示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图3至图9来描述根据本发明一些实施例提供的单星通道复用的测向定位方法、设备和可读存储介质。

本申请的一些实施例提供了一种单星通道复用的测向定位方法。

如图3至图6所示，本发明第一个实施例提出了一种单星通道复用的测向定位方法，包括以下步骤：

确定干涉仪基线，排布天线阵列；

具体地，所述确定干涉仪基线，排布天线阵列，包括；

利用相距最远的两个天线构成干涉仪基线；

天线阵列中各天线等间距依次排列。

根据“干涉仪覆盖空域与多DBF比幅波束覆盖空域一致、DBF比幅精度优于无模糊视场的一半”原则，设计DBF解模糊波束的波束宽度和数量；

具体地，所述干涉仪覆盖空域与多DBF比幅波束覆盖空域一致包括：

按照DBF比幅波束3dB重叠原则，同时形成多个比幅波束，使之与干涉仪波束覆盖范围一致。

所述DBF比幅精度优于无模糊视场的一半包括：

DBF比幅测向的精度和测量误差之和小于无模糊视场的一半。

对所有天线接收到的信号进行DBF处理；

具体地，所述对所有天线接收到的信号进行DBF处理包括：

将每个天线接收到的信号通过射频前端进行滤波放大和下变频；

对完成了滤波放大和下变频的信号进行AD转换。

利用DBF比幅波束进行信号检测、参数测量；

具体地，所述利用DBF比幅波束进行信号检测、参数测量包括：

使DBF波束的指向按照DBF波束的波束宽度间隔，覆盖干涉仪天线主波束的覆盖范围；

利用DBF波束进行比幅测向。

根据测量得到的参数引导干涉仪通道完成干涉仪的相位测量；

利用DBF比幅波束测得的来波方向解干涉仪测向的相位差模糊，完成测向；

具体地，所述利用DBF比幅波束测得的来波方向解干涉仪测向的相位差模糊包括：

确认干涉仪的相位所在的无模糊视场。

根据测向结果完成目标定位解算。

本发明第二个实施例提出了一种单星通道复用的测向定位方法，且在第一个实施例的基础上，如图3所示，由于单星平台对于天线阵面的尺寸有严格的约束，假设单星载荷要求天线尺寸最大为d，为了充分利用卫星平台释放的资源，将各天线紧密排列，此时天线个数为n+1，即相邻天线间距离为d/n。

为保证测向精度，利用相距最远的A0和An天线构成干涉仪基线，在数字接收机端将A0、A1、A2…An天线接收到的信号进行数字波束形成(DBF)处理同时形成m个数字波束，通过特定的权值，使DBF波束的指向按照DBF波束的波束宽度间隔，覆盖干涉仪天线主波束的覆盖范围，，利用DBF波束进行比幅粗测向之后，引导干涉仪完成相位解模糊，从而完成测向解模糊并进行目标定位。

图4示出了干涉仪相位模糊引起的入射角模糊，其中，θ为信号入射角，θ

由干涉仪相位差公式：

可得无模糊视场，即

由比幅测向测出信号角度的大概范围，确认干涉仪的相位在哪一个不模糊区间，即可最终获得高精度的测向结果。

图5示出了比幅测向解干涉仪模糊示意图，其中θ

图6示出了DBF比幅波束与干涉仪波束覆盖范围示意图，按照DBF比幅波束3dB重叠原则，同时形成多个比幅波束，使之与干涉仪波束覆盖范围一致，则此时DBF比幅波束即可完成对干涉仪的解模糊。

则单星通道复用的测向定位方法具体步骤如下：

1、根据天线最大尺寸确定最长干涉仪基线，紧密排布天线阵列；

2、根据“干涉仪覆盖空域与多DBF比幅波束覆盖空域一致、DBF比幅精度优于无模糊视场的一半”原则，设计DBF解模糊波束的波束宽度和数量；

将所有天线接收到的信号通过射频前端进行滤波放大、下变频，并进行AD转换；

利用DBF比幅波束完成高灵敏度信号检测、参数测量；

根据测量得到的参数引导干涉仪通道完成相位测量；

利用DBF比幅波束测得的来波方向解干涉仪测向的相位差模糊，完成高精度测向；

根据测向结果完成目标定位解算。

本发明第三个实施例提出了一种单星通道复用的测向定位方法，且在上述任一实施例的基础上，两维各6元0.8～1.4GHz天线，使用两个一维线阵两端的阵元构成干涉仪基线，方位维和俯仰维的基线长度均为500mm，如图7所示。

利用两个一维线阵分别在俯仰维、方位维形成3个波束，如图8所示。

图9示出了DBF比幅波束与干涉仪波束覆盖范围仿真，使干涉仪覆盖空域与多DBF比幅波束覆盖空域一致。

合成波束的比幅测向精度如下表所示：

直接使用合成后的波束比幅测向，对干涉仪相位进行解模糊，其解模糊能力如下表所示：

利用合成的波束进行比幅测向，比幅测向后的精度(角度)小于干涉仪相位模糊的分布角度，可以有效完成干涉仪相位的解模糊，从而实现高精度定位。

本发明第四个实施例提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如上述任一实施例所述的单星通道复用的测向定位方法。

本发明第五个实施例提出了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现如上述任一实施例所述的单星通道复用的测向定位方法。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。