空间谱估计短波测向算法的应用研究-论文.pdf

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1、空间谱估计短波测向算法的应用研究国家无线电监测中心上海监测站郑柳刚王英翔表1为常用测向体制性能比较。从表1可以看出，综合0前言考虑各测向体制的性能，空间谱估计算法由于其高测向灵敏随着无线电技术的产生和发展，无线电测向和定位技术度和高测向准确度，抗干扰能力强，天线阵元方向特性选择也在不断地完善和提高。无线电应用的快速发展又使实际的及阵元位置选择灵活，加之建设费用适中，会成为今后应用电磁环境变得非常复杂。面对这一挑战，基于空间谱估计技的主流测向技术。目前，空间谱估计测向技术在短波测向定术的测向方法应运而生。位领域已经得到了广泛应用。空间谱估计技术是近30年发展起来的一门新兴的空域表1测向体制

2、性能的比较表信号处理技术，是在波束形成技术、零点技术和时域谱估计体制与＼性测向测向抗干测抗仰测天系技术的基础上发展起来的。灵敏准确扰能向极角向线统难度测向线＼能时化测距畦机与造力效误一1孔动价1无线电测向系统差疋离径性—————无线电测向是依据电磁波传播特性，用天线和专用的仪小U形天线由由由由无啦小差器设备测定无线电来波方向的过程。根据从天线系统获得来础h——波的信息和对信息处理方法分类，测向系统可分为两类：标夭幅度线沃特森一瓦量测向系统和矢量测向系统。标量测向系统仅能获得和使用比较睦特由由由由无远近小由电磁波的幅度或相位信息，矢量测向系统则可同时获得电磁波的幅度和相位信息。大标量测向系

3、统又可分为幅度比较式标量测向系统和相基乌兰韦伯尔特高特高由由有远中近大差特高础位比较式标量测向系统。在幅度比较式标量测向系统中，相位多普勒由低由由有远中近大中由测向天线和方向图都采用某种对称形式，例如阿德考克比较相关干涉仪由高有远中近大中小由局幅度(Adcock)、沃特森一瓦特(Watson—Watt)测向机等。相位空间谱估计很高很高很高局有远中大中小差相位比较式标量测向系统主要用到干涉仪(Inteferometry)、2空间谱估计测向技术的原理探讨多普勒(Dopple)测向机等。矢量测向系统的典型代表是空间谱估计系统。空间谱空间谱估计测向技术利用具有某种空间分布特性的传感估计是利用天线

4、阵列实现超分辨测向的一种测向体制。其器组接收某种物体所发出的信号，继而提取出信号的特性参基本原理是：根据天线阵中不同位置的阵元所接收的空间数。它在自然界及生物界早有广泛应用。如人的耳朵就是一来波信号的样本数据、天线位置参数和阵元的特性参数，个高性~ag--元阵，根据耳朵对声源感觉上的差异(时间、应用现代谱估计技术方法进行相应的数学运算，对来波的频率)，人的大脑(相当于信号处理器)就可以正确判断出空间谱进行估计，分析其能量的分布状态，以确定空间来声源的方位。在无线电测向实际应用环境中，天线按照空间波的方向，也就是从背景噪声中检测出空间源信号并估计某种几何形状组合形成多元阵列，配以合适的信号

5、处理算法，出信号的参数如方位角、frP角等。这种测向技术可在较强组成完善的阵列信号处理系统，从而对感兴趣信号的多种参干扰环境下同时对同信道内多个信号进行快速、高灵敏度、数进行准确估计。高精度的测向。2．1基本概念与模型46嬲Ⅳ^。信号的空间谱估计过程由3部分组成：空间信号入射、空间阵列接收信息及信号参数估计。相应地空间谱估计中信号信息可以分为3个空间即目标空间、观察空间和估计空间。系统结构图如图1所示。一一。一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一!信号源／／目标空间／⋯．．1-⋯⋯一一蔓⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯一：观察空间图2DOA估计原理图

6、(d为阵元间的距离，e为远场信号的入射角度)在一般的情况下，对于空间任意两个阵元而言，假设其中一个为参考阵元(位于原点)，另一个阵元的坐标为(X，Y，z)，两阵元的几何关系如图3所示。图1空间谱估计系统结构图对于上述的系统结构图作以下几点说明：目标空间是一个有信号源的参数与复杂环境参数组成的空间。观察空间是利用空间按一定方式排列的阵元，来接收目标空间的辐射信号。由于环境的复杂性，所以接收数据中包含信号特征(方位、距离、极化等)和空间环境特征(噪声、杂波、干扰等)。另外由于空间阵元的影响，接收数据中同样含有空间阵列的某些特征(互耦、通道不一致、频带不一图3空间任意两阵元的几何关系致等)。估

7、计空间是利用空间谱估计技术(包括阵列信号处由几何关系可以推导出两阵元接收的波程差为理中的一些技术，如阵列校正、空域滤波等技术)从复杂的1(cos0c。s+J，sin0cos+zsin；一(4)C观察数据中提取信号的特征参数。从系统框图中可以清晰地看出，估计空间相当于对目由此，可以得到实际环境中常用的几种阵列及阵元间的标空间的一个重构过程。这个重构的精度由众多因素决定，相互延迟表达式。如环境的复杂·陛及空间阵元间的互耦、通道不一致、频