利用比幅测向表实现多波束单脉冲信号的测向方法

技术领域

本发明属于电子侦察领域，特别是一种利用比幅测向表实现多波束单脉冲信号的测向方法。

背景技术

随着软件无线电技术技术的不断发展及电磁环境的日益复杂，现代战争中电子对抗的作用和地位越来越重要，特别是对测向系统的性能要求越来越高。单脉冲无源测向精度是电子侦察技术中置信度最高的关键指标之一，直接影响对目标方位信息的判断，目标的方位信息是信号分选、引导干扰和辐射源定位等功能的重要参数。当前常用的单脉冲测向方法有比幅测向法、干涉仪测向法和比幅比相测向法。

干涉仪测向法具有测向精度高、体积重量与成本低的优点，但是单基线干涉仪存在相位模糊问题，需要多个基线组合解模糊，对各通道间的相位一致性要求较高，同时要求布阵的天线之间空域共视。比幅比相测向法具有较高的测向精度、体积重量与成本低等优点，但是与干涉仪测向类似要求布阵天线之间空域共视，空域共视就会凸显天线增益与覆盖空域的矛盾。相较于干涉仪测向与比幅比相测向，在相同覆盖空域条件下，比幅测向法具有结构简单、性能稳定、复杂环境适应性强等特点，同时比幅测向法能够大幅提高天线增益，从而提高探测距离，具备超视距侦察能力，同时具有较强的抗干扰(多径效应)能力和多波束同时处理能力。

范忠亮在《阵列单脉冲比幅和干涉仪测向精度比较》一文中，重点研究了常规比幅测向法，该方法需要对天线加工畸变、机械安装误差、波束增益不一致性、波束法向偏差以及波束宽度变化等进行校正。但该方法大幅增加系统校正工作量，同时不利于后期维护与升级。

发明内容

本发明提出了一种利用比幅测向表实现多波束单脉冲信号的测向方法，常规比幅测向法需要对天线加工畸变、机械安装误差、波束增益不一致性、波束法向偏差以及波束宽度变化等进行校正，大幅增加系统校正工作量，同时不利于后期维护与升级。天线单元组阵后，单独对天线阵所有通道进行天线方向图测量，单独对所有微波前端与变频通道完成幅度校正。利用通道与相邻通道实测方向图差值生成比幅测向表并加载到数字信号处理中，数字信号处理根据侦测数据中通道间幅度差值进行比幅测向查表，进而解决上述问题。

实现本发明的技术解决方案为：一种利用比幅测向表实现多波束单脉冲信号的测向方法，包括以下步骤：

步骤1、对所有通道天线方向图进行测量，同时对微波前端与变频通道幅度校正：

天线单元组阵后，控制转台对天线阵所有通道进行天线方向图测量；将K个通道L个频点的天线方向图数据存储为K×L个dat格式的数据文件，并将上述dat格式的数据文件按照通道+频点的方式进行命名，转入步骤2；同时，对微波前端与变频通道幅度校正，转入步骤4。

步骤2、根据天线方向图数据，生成左右波束差值：

利用Matlab提取每个频点的所有通道天线方向图数据文件，将波束通道天线方向图与其相邻的左右通道天线方向图数据相减，得到所有波束通道与左右波束差值，转入步骤3。

步骤3、根据相邻波束差值，生成所有波束比幅测向表：

利用Matlab查找相邻波束差值的线性区，提取生成比幅测向表的有效数据段；根据幅度分辨率拟合出角度，生成比幅测向表，转入步骤6。

步骤4、利用微波前端中设计的自检源同时对微波前端与变频通道完成幅度校正，生成通道幅度校准表，转入步骤5。

步骤5、根据通道幅度校准表，对数字信道化检测得出的波束幅度以及左右波束幅度进行校准，得到左右波束幅度差值：

根据多波束数字信道化检测结果，形成波束N脉冲信号的全脉冲信息，同时单脉冲引导N-1与N+1波束进行幅度测量，利用通道幅度校准表对波束幅度及左右波束幅度进行校准，得到左右波束幅度差值，转入步骤6。

步骤6、利用左右波束幅度差值查找比幅测向表，获得单脉冲入射信号测向结果：

计算出单脉冲信号在波束N与波束N-1或者波束N+1的幅度差，利用单脉冲频率信息和幅度差查找对应的比幅测向表，得到单脉冲入射信号测向结果。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

1)通过测量组阵后天线阵单元的各个波束方向图，独立对微波前端与变频通道进行幅度校正，减少常规比幅测向方法正工作量的同时有利于设备维护与升级。

2)可以通过当前波束与左右相邻波束天线方向图数据相减，提取当前波束比幅测向表。

3)通过当前波束全脉冲信息引导左右波束测幅并计算当前波束与左右波束幅度差，利用幅度差查找对应的比幅测向表可以得到单脉冲入射信号测向结果。

附图说明

图1为本发明的利用比幅测向表实现多波束单脉冲信号的测向方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。

下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。

本发明所述的利用比幅测向表实现多波束单脉冲信号的测向方法，首先，天线单元组阵后，利用自动测试设备控制转台对天线阵所有通道进行天线方向图测量，由于各个微波通道相对独立，利用微波前端中设计的自检源同时对微波前端与变频通道完成幅度校正。然后，提取第N个天线方向图数据，分别于N-1和N+1天线方向图数据相减，得到波束N的比幅测向表数据，并加载到数字信号处理中。最后，根据多波束数字信道化检测结果，形成波束N脉冲信号的全脉冲信息，同时单脉冲引导N-1与N+1波束进行幅度测量，计算出单脉冲信号在波束N与波束N-1或者波束N+1的幅度差，利用幅度差查找对应的比幅测向表，得到单脉冲入射信号测向结果。

该发明通过测量组阵后天线阵单元的各个波束方向图，独立对微波前端与变频通道进行幅度校正，减少常规比幅测向方法正工作量的同时有利于设备维护与升级，通过当前波束与左右相邻波束天线方向图数据相减，提取当前波束比幅测向表，通过当前波束全脉冲信息引导左右波束测幅并计算当前波束与左右波束幅度差，利用幅度差查找对应的比幅测向表可以得到单脉冲入射信号测向结果。

结合图1，利用比幅测向表实现多波束单脉冲信号的测向方法，包括以下步骤：

步骤1、天线单元组阵后，控制转台对天线阵所有通道进行天线方向图测量。将K个通道L个频点的天线方向图数据存储为K×L个dat格式的数据文件，并将上述dat格式的数据文件按照通道+频点的方式进行命名，转入步骤2。同时，对微波前端与变频通道幅度校正，转入步骤4。

步骤2、读取天线方向图数据，生成左右波束差值，利用Matlab软件逐个频点提取当前频点的所有通道天线方向图数据文件，将所有波束通道天线方向图与相邻左右通道天线方向图数据相减，得到所有波束通道与左右波束差值。

步骤21、选取一个频点，利用Matlab读取当前频点的所有通道天线方向图数据文件。

步骤22、提取左近旁瓣、m个测向波束、右近旁瓣的天线方向图数据。

步骤23、将m个测向波束分别与其左右波束的天线方向图数据相减，得到m个测向波束与左右波束差值。

步骤3、根据相邻波束差值，生成所有波束比幅测向表。利用Matlab查找相邻波束差值的线性区，提取生成比幅测向表的有效数据段。根据幅度分辨率拟合出角度，生成比幅测向表。

步骤31、分别绘制当前频点m个测向波束与左右波束差值方向图。

步骤32、分别查找m个左右差值方向图中的线性区，手动提取线性区中左右差值曲线的交叉点a、左差值曲线极小值点b、右差值曲线极小值点c三个点的方向坐标。

步骤33、计算每个左右差值方向图中点a方向坐标与点b方向坐标的差值，计算左右差值方向图中点c方向坐标与点a方向坐标的差值，针对每个测向波束选取两段坐标差值较小的一段作为左右波束比幅的角度范围。

步骤34、根据每个测向波束的左右波束比幅的角度范围，提取左右波束差值的有效数据段。

步骤35、根据幅度分辨率，对每个测向波束的左右波束差值的有效数据段进行线性插值拟合。

步骤36、截取拟合后幅度差值数据大于0的部分对应角度值作为比幅测向表的有效数据，并用此部分对应角度的最大值与最小值分别填充波束左侧测向表与右侧测向表，保证比幅测向表在幅度差值的遍历范围内连续。

步骤37、按照波束从左至右的顺序生成当前频点所有测向波束的比幅测向表。

步骤38、选择下一个频点，重复步骤31～步骤37，直至完成所有频点的比幅测向表。

步骤39、将所有比幅测向表数据转换成补码，生成coe格式文件。

步骤4、利用微波前端中设计的自检源同时对微波前端与变频通道完成幅度校正，生成通道幅度校准表。

步骤41、根据固定频率步进选取测量带宽内P个频点，利用微波前端中设计的自检源对带宽内P个频点的所有通道幅度进行测量。

步骤42、以测向波束1的幅度为基准，得出其它波束与测向波束1的幅度差值，生成所有波束带宽内P个频点的幅度校准表。

步骤5、根据通道幅度校准表，对数字信道化检测得出的波束幅度以及左右波束幅度进行校准，得到左右波束幅度差值。

步骤51、根据多波束数字信道化检测结果，形成波束N脉冲信号的全脉冲信息。

步骤52、波束N脉冲信号引导左右波束以及旁瓣波束进行幅度测量，利用通道幅度校准表对波束幅度及左右波束幅度进行校准。

步骤53、根据波束N脉冲信号、左右波束以及旁瓣波束的幅度大小关系，剔除波束N脉冲信号的虚假信息。

步骤54、计算单脉冲信号在波束N与波束N-1或波束N+1的幅度差，得到左右波束幅度差值。

步骤6、利用单脉冲频率信息和左右波束幅度差值查找比幅测向表，获得单脉冲入射信号测向结果。

步骤61、根据单脉冲信号频率信息找到对应频段的比幅测向表。

步骤62、根据单脉冲信号的左右波束幅度差值查找对应频段的比幅测向表，得到单脉冲入射信号测向结果。

通过上述方法，能够实现多波束比幅测向系统中比幅测向表的提取与单脉冲测向结果的获取，减少常规比幅测向方法正工作量的同时有利于设备维护与升级，有助于提升装备的超视距侦测能力。

实例：

设1个比幅测向系统中有3个测向波束，1个左近旁瓣，1个右近旁瓣，侦测频率范围为300MHz至2000MHz，信号从波束1入射。此比幅测向系统进入本专利公开的利用比幅测向表实现多波束单脉冲信号的测向方法，其步骤具体如下：

步骤1、天线单元组阵后，根据10MHz频率步进选取测量带宽内171个频点，控制转台对天线阵所有通道进行天线方向图测量。将所有5个通道171个频点的天线方向图数据存储为5×171个dat格式的数据文件，并将上述dat格式的数据文件按照通道+频点的方式进行命名，转入步骤2。同时，对微波前端与变频通道幅度校正，转入步骤4。

步骤2、读取天线方向图数据，生成左右波束差值，利用Matlab软件逐个频点提取当前频点的所有通道天线方向图数据文件，将所有波束通道天线方向图与相邻左右通道天线方向图数据相减，得到所有波束通道与左右波束差值。

步骤21、选取一个频点，利用Matlab软件读取当前频点的所有通道天线方向图数据文件。

步骤22、提取左近旁瓣、3个测向波束、右近旁瓣的天线方向图数据。

步骤23、将3个测向波束分别与左右波束的天线方向图数据相减，得到3个测向波束与左右波束差值数据。

步骤3、根据相邻波束差值，生成所有波束比幅测向表。利用Matlab查找相邻波束差值的线性区，提取生成比幅测向表的有效数据段。根据幅度分辨率拟合出角度，生成比幅测向表。

步骤31、分别绘制当前频点3个测向波束与左右波束差值方向图。

步骤32、分别查找3个左右差值方向图中的线性区，手动提取线性区中左右差值曲线的交叉点a、左差值曲线极小值点b、右差值曲线极小值点c三个点的方向坐标。

步骤33、计算每个左右差值方向图中点a方向坐标与点b方向坐标的差值，计算左右差值方向图中点c方向坐标与点a方向坐标的差值，针对每个测向波束选取两段坐标差值较小的一段作为左右波束比幅的角度范围。

步骤34、根据每个测向波束的左右波束比幅的角度范围，提取左右波束差值的有效数据段。

步骤35、根据幅度分辨率，对每个测向波束的左右波束差值的有效数据段进行线性插值拟合。

步骤36、截取拟合后幅度差值数据大于0的部分对应角度值作为比幅测向表的有效数据，并用此部分对应角度的最大值与最小值分别填充波束左侧测向表与右侧测向表，保证比幅测向表在幅度差值的遍历范围内连续。

步骤37、按照波束从左至右的顺序生成当前频点所有测向波束的比幅测向表。

步骤38、选择下一个频点，重复步骤31～步骤37，直至完成所有频点的比幅测向表。

步骤39、将所有比幅测向表数据转换成补码，生成coe格式文件，并将此文件下载至信号处理FPGA软件。

步骤4、利用微波前端中设计的自检源同时对微波前端与变频通道完成幅度校正，生成通道幅度校准表。

步骤41、按照10MHz频率步进选取测量带宽内171个频点，利用微波前端中设计的自检源对带宽内171个频点的所有通道幅度进行测量。

步骤42、以测向波束1的幅度为基准，得出其它波束与测向波束1的幅度差值，生成所有波束带宽内171个频点的幅度校准表。

步骤43、将幅度校准表下载至波束数字信道化检测FPGA程序。

步骤5、根据通道幅度校准表，对数字信道化检测得出的波束幅度以及左右波束幅度进行校准，得到左右波束幅度差值。

步骤51、根据多波束数字信道化检测结果，形成波束1脉冲信号的全脉冲信息。

步骤52、波束1脉冲信号引导左右波束以及旁瓣波束进行幅度测量，利用通道幅度校准表对波束幅度及左右波束幅度进行校准。

步骤53、根据波束1脉冲信号、左右波束以及旁瓣波束的幅度大小关系，剔除波束1脉冲信号的虚假信息。

步骤54、将比幅剔虚假后的波束全脉冲信息经过高速串口实时传输至信号处理FPGA软件。

步骤55、计算出单脉冲信号在波束1与左近旁瓣或者波束2的幅度差，得到左右波束幅度差值。

步骤6、利用单脉冲频率信息和左右波束幅度差值查找比幅测向表，获得单脉冲入射信号测向结果。

步骤61、根据单脉冲信号频率信息找到对应频段的比幅测向表。

步骤62、根据单脉冲信号的左右波束幅度差值查找对应频段的比幅测向表，得到单脉冲入射信号测向结果。