论文研究-大带宽下改进的相关干涉仪测向算法 .pdf

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大带宽下改进的相关干涉仪测向算法,冯晓东,李华会,在大带宽下,传统的相关干涉仪测向算法精确度不高、相关曲线主峰搜索困难,针对这一问题,本文提出了一种改进的相关干涉仪测向算
山国武技记文在 图测向模型 相关干涉仪优化算法 相关处理模型的改进 在天线允许的工作频率范围内,等间距选取若干个方向 (0 B) ,每个频率间隔和每个方位间隔上有个天线对的相位 差值φ 相对应,当俯仰角定时,得到的相位差矢量为 如=(q 其中,为人线数, 将p作为相关处理算法的相位差样本库,设来波相位为。 由向量范数的定义可知 对式进行整理,得式如下: 卩-q= 对式只取实部后经过化简求和并作归一化处理,则得到 ∑如- 由公式可以看出,当且仅当φ与ψ相关性最强时φ=ψ,p取得最大值。由于 在实际工程中,该算法还存在相关值模糊的问题,主要衣现在:低频吋,相关曲线主瓣很宽 晑频吋,旁峰值较大。这两种情况都会影响相关度最大值的桷定。 针对这一现象,本文对公式进行了如下变换 ∑p- 由式可知,当小≈时 山国武技记文在 当小=时 当φ<或中>p时 <∑如-9< 由式可知,当且仅当φ=ψ时,p取最大值。此时,由式得出的ρ与式相同, 但是当中≠时即中与不相关时,如和所示,由式所得的结果明显比式小, 对相关度最高点的干扰小。从而能加快对相关点的搜索,提高搜索效率。 样本库局部搜索算法 传统的相关干涉仪测向算法直接将实测信号到达的相位差与已存的样本库通过公式 进行相关处理。计算出相关度最大的样木库所对应的相位差即为来波方向的相位差。若在方 位角为 0、俯仰角为~°内,分别以°和°度为步进进行样本库米集,则 对九阵儿天线,每个频率上对应有××个样本点,直接逐一求相关度会花费较长时 间,增加算法的复杂度,为了缩短寻找相关度最高点的时冋,木文采用局部删选法。 假设俯仰角固定,接收机收到的实际信号的相位差为=(99…)测得的样 木库为ψ=(qq…9)其中 为选取的方位角度个数,为大线 数,则原始样本库为: 将实际测得相位信息与样本库中每一行做差值,得 =q- 从而可得改变之后的样本库为: 对于φ′=φ’φ′…φ'对其每一行按大小进行重新排序,选取其数值最小的前 个元素,组成新的样木库,即 山国武技记文在 由式可知,样本厍数据已变为原来的一半,然后选出式中每一行向量的最小值 =p…在φ中找到包含中元素的向量,根据所含元素数量的大 小,对选出的向量根据所含φ中元素的多少进行排序,得到新的样木库,其个数将比 式少,则形成的最新样本库为: 分别将式中的向量代入式中,若p=,则对应的向量即为来波方向的相位差, 若ρ均不等于,则依次对式中排序靠后的向量进行验证,直到ρ等于或者无限接近 该算法对样本库进行了局部搜索,通过一次减法运算将样本库中元素缩小了一半,再通 过局部搜索选出与来波相关系数最大的样本。从而减少了算法的时间。 算法实现步骤 根据和小节的分析,该算法的实现如下: 根据所选的天线阵元建立相位差样木库。 将接收到的无线电波与样本库进行局部搜索,方法如小节所述。 将筛选出的样本库代入式中,选出相关系数最大的样本,还原该样本的角度信 息即为来波的角度。 实验仿真 为了验沚该算法的性能,木文采用孔径为 的阵元均匀圆阵列天线组成的测向 系统进行验证。其中,样本斥的采集以方位角步进为°,俯仰角步进为°进行。由于测试 系统附近的电磁环境比较复东,在建立样本库时,需避开有干扰的频点。通过对监测天线全 频段的持久扫描,找出符合规定步进范围内的频点,从而提髙样本库采集的效率,为了使测 向结果更精确,需要对采集到的样本库进行插值处理,使其方位角步进为°,俯仰角步 进不变,最终每频率所对应的样本库包含××个数据 测向时间分析 图给出了 到 频率测向所用时间。假设本文算法和传统算法单次测向 时间相同,并且随着频率的増人而増加。在方位角和俯仰角范围内,分别以°和◇为搜 索步进,则一共要进行×次测向,传统测向时间达到 与传统相关干涉仪测向 算法相匕,本文算法单次运行时间比传统算法少一半以上,该结果验证了本文算法的时效性。 山国武技记文在 原始算法 一攻进算法 率 图测向时间比较 测向性能分析 用测向均方根误差对测向性能进行评估,公式如下 其中,为选的方位角个数,为频率个数,△为所选点的测向误差。仿真实 验中,假设俯仰角固定,在°范围内均匀选取个方位角,频率从 开始 为步进, 结束,一共个点。通过仿真对比了传统相关干涉仪测向算 法与本文所提的算法的测向准确度。 图给出了在不同信噪比糸件卜,木文算法和传统算法的均方根误差曲线的对比, 由图可看出,改进后的均方根误差在°以下,比传统算法精确度更高。 一原始算法 本文算法 图测向准确度曲线 山国武技记文在 图中 分别给出了频率为 和 的相关曲线图,p=所对应的角 度为来波相对于参考方向的角度,从而可以判断来波在与参考点9的方向。由图可明显 看岀,低频时原始算法的相关曲线峰比较明显,但随着频率的増加,干扰峰也増大,从而增 大了相关度最大值搜索的难度,经过改进后的曲线明显比原始算法更容易分辨主峰,减小∫ 搜索最大值的复杂度,提高了测向的精确度 本文算法 原始算法 方位角 不文算法 原始算 方位角 图 和相关度曲线 通过以上仿真实验,验证了改进的相关干涉仪测向算法的正确性和有效性,仿真结果表 明,本文算法与传统算法相比,测向速度史快,精度史高,完全满足工程上的测向要求 结论 相关干涉仪测向系统在无线电测向领域应用广泛,其测向精度和效率对工程应用具有重 山国武技记文在 要作用,本文提出的改进算法不仅具有较小的计算复杂度,可以很好的解决传统相关干涉仪 测向系统在宽带测向中计算量偏大的问题,而且能够快速的搜索到相关曲线的最大值,提晑 了测向精度。 参考文献 翟庆伟,王玉,宫兵波束比幅法测向技术研究无线电通信技术 陈涛,韩强强,刘鲁涛,等改进的基于互谱的宽带信号测向算法系统工程与电子技术, () 王鑫,赵春晖,戎建刚多路廷迟结构的修正 算法频率估计系统工程与电子技 术 朱旭东相关处理在干涉仪测向中的应用现代雷达 赵地任晓飞相关干涉仪测向原始样本的求解方法舰船电子对抗 杜政东,魏平,尹文禄,等一种快速二维相关干涉仪测向算法电波科学学报

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