一种适用于缺失圆阵的宽带信号来波方向检测方法

技术领域

本发明属于无线阵列信号技术领域，尤其是涉及一种适用于缺失圆阵的宽带信号来波方向检测方法。

背景技术

由于使用环境和条件限制，圆阵天线在使用时可能会发生遮挡、损坏等情况，造成阵元缺失。针对天线阵元缺失的问题，本专利引入了一种可灵活应对阵元缺失、随阵元缺失或恢复随时更改公式的计算方法，使用简单方便。

传统的基于天线阵列的来波信号检测方法多是针对窄带信源信号，目前没有对宽带信源信号的天线圆阵的来波信号检测。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种适用于缺失圆阵的宽带信号来波方向检测方法，以实现对宽带信源信号的天线圆阵的来波信号检测。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于缺失圆阵的宽带信号来波方向检测方法，包括如下步骤：

步骤1：将基阵接收的各阵元模拟数据采样得到数字信号，按批次进行缓存，每批次数据再分别进行分段；

步骤2：：分别对分段后的每段数据进行DFT处理，得到频域窄带数据；

步骤3：将各阵元在各子带的频域数据形成矩阵；

步骤4：对每个频域的窄带信号，设计窄带波束形成器；

步骤5：按照预先设计的接收频段，抽取宽带信源信号所在的子频段；

步骤6：对抽取到的各子带数据进行加权求和，得到各频域子带的波束形成输出数据；

步骤7：对各子带的频域输出数据进行IDFT变换，得到时域输出序列；

步骤8：按时间顺序将输出序列连接起来，形成宽带信号总的时间输出序列；

步骤9：比较输出的功率大小，选取最大功率的方向作为来波方向。

进一步的，所述步骤4具体包括：

已知输入参数：采样得到的离散信号x(n)，其中x(n)维度为M×K，K为采样数，阵元数M，圆阵半径R，基带信号频率f，c＝3*10

方位角φ＝[φ

俯仰角θ＝[θ

噪声场分布信息n(t)已知；

步骤401：计算信号波长λ＝c/f，俯仰角取θ＝90°，令i＝[1:1:360]；

步骤402：判断是否所有阵元都正常工作，若是，则计算来波方向向量a：

其中γ

若有K根天线正常工作，空心点表示L根天线不工作，则计算

其中M

步骤403：取波束加权向量w(φ

步骤404：计算

步骤405：计算功率

步骤406：比较

步骤407：此时方位角

或有天线不工作情况：

步骤408：取波束加权向量w(θ

步骤409：计算

步骤410：计算计算功率

步骤411：比较

步骤412：确定信源的来波方向为：

进一步的，采样时的采样频率满足大于基带信号频率f的两倍且取2的整次方。

相对于现有技术，本发明所述的一种适用于缺失圆阵的宽带信号来波方向检测方法具有以下优势：

由于使用环境和条件限制，圆阵天线在使用时可能会发生遮挡、损坏等情况，造成阵元缺失，针对天线阵元缺失的问题，本发明引入了一种可灵活应对阵元缺失、随阵元缺失或恢复随时更改公式的计算方法，使用简单方便；

传统的基于天线阵列的来波信号检测方法多是针对窄带信源信号，本发明引入了一种针对宽带信源信号的天线圆阵的来波信号检测方法。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

传统的基于天线阵列的来波信号检测方法多是针对窄带信源信号，本发明提供了一种针对宽带信源信号的天线圆阵的来波信号检测方法。如图1所示，具体包括

步骤1：将基阵接收的各阵元模拟数据采样得到x

步骤2：分别对每段数据进行DFT处理。以第n段为例，对各阵元数据

步骤3：将各阵元在某子带的频域数据形成矩阵

步骤4：对每个窄带子带，用窄带波束合成中的方法设计波束加权向量w(f

步骤5：按照预先设计的接收频段，从k(k＝0,...L-1)个频域子带中，抽取宽带信源信号所在的子频段，子频段序号为k',k'∈(0,...L-1)；

步骤6：对抽取到的各子带数据，利用步骤4得到的波束加权向量进行加权求和，得到各频域子带的波束形成输出数据Y

步骤7：对各子带的频域输出数据Y

步骤8：按时间顺序将输出序列y

步骤9：比较输出y(i)的功率大小，选取最大功率的方向作为来波方向。

具体的，步骤4中具体包括如下步骤：

已知输入参数：采样得到的离散信号x(n)，其中x(n)维度为M×K，K为采样数，M为阵元数，圆阵半径R，基带信号频率f，c＝3*10

步骤401：计算信号波长λ＝c/f，俯仰角取θ＝90°，令i＝[1:1:360]；

步骤402：判断是否所有阵元都正常工作，若是，则计算：

其中γ

若有K根天线正常工作，空心点表示L根天线不工作，则计算

其中M

步骤403：取w(φ

步骤404：计算

步骤405：计算功率

步骤406：比较

步骤407：此时方位角

或有天线不工作情况：

步骤408：取w(θ

步骤409：计算

步骤410：计算计算功率

步骤411：比较

步骤412：确定信源的来波方向为：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。