基于滑动区间的单通道相关干涉仪测向方法及系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010554070.7 (22)申请日 2020.06.17 (71)申请人 中电科仪器仪表有限公司 地址 266555 山东省青岛市黄岛区香江路 98号 (72)发明人 向长波杨明洋王锋 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 李圣梅 (51)Int.Cl. G01S 3/10(2006.01) (54)发明名称 一种基于滑动区间的单通道相关干涉仪测 向方法及系统 (57)摘要 本公开提供了一种基于滑动区间的单通道 相关干涉仪测向方法及系。

2、统， 包括： 判断基线长 度与半波长关系； 当基线长度小于半波长时， 根 据理论相位差最大值对干涉仪的实测相位差进 行预处理； 对预处理后的实测相位差剔除不可信 区间的样本数据； 对剩余样本数据进行分组和相 关性匹配， 获取匹配相关系数最大的值； 相关系 数最大的值所对应的方向为来波方向； 使得单通 道相关干涉仪具有较强的抗波前失真能力， 大量 减少相关匹配时间， 针对全频段可有效减少波前 失真对测向精度的影响， 可适配定向阵元、 全向 阵元， 灵活性强， 应用的分类算法根据频率、 基线 距离自适应， 搜索区间准确。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 111679243 A 2020。

3、.09.18 CN 111679243 A 1.一种基于滑动区间的单通道相关干涉仪测向方法， 其特征在于， 包括： 获取干涉仪的基线长度数据和半波长数据， 判断基线长度与半波长关系； 当基线长度小于半波长时， 根据理论相位差最大值对干涉仪的实测相位差进行预处 理， 当基线长度大于半波长时， 使用基于幅度的滑动区间进行预处理； 对预处理后的实测相位差剔除不可信区间的样本数据； 对剩余样本数据进行分组和相关性匹配， 获取匹配相关系数最大的值； 相关系数最大 的值所对应的方向为来波方向。 2.如权利要求1所述的单通道相关干涉仪测向方法， 其特征在于， 当基线长度小于半波 长时的测向方法具体实现步骤包。

4、括： 普通阵元通过移相器与参考阵元形成一组相位差幅度值， 并求解出对应的相位差， 获 取若干相位差形成相位差矩阵； 获取相位差矩阵的阵列中最大的相位差理论值； 根据最大相位差理论值与设定阈值系数对进行野点处理； 当不满足设定阈值条件时， 剔除阵元数据； 根据剔除阵元数据后的结果， 将剩余阵元数据的阵元进行顺序分组； 在不同的方位角区间内使用顺序分组后的阵元相位差数据， 匹配相关系数最大的值对 应来波方向。 3.如权利要求2所述的单通道相关干涉仪测向方法， 其特征在于， 形成相位差矩阵的具 体步骤包括： 重复普通阵元通过移相器与参考阵元形成一组相位差幅度值， 并求解出对应 的相位差的步骤， 直至。

5、所有阵元全部切换完成， 形成相位差矩阵。 4.如权利要求2所述的单通道相关干涉仪测向方法， 其特征在于， 获取相位差矩阵的阵 列中最大的相位差理论值的具体步骤为： 根据相位差矩阵的频点、 基线距离计算出相位差 矩阵的阵列中最大的相位差理论值。 5.如权利要求1所述的单通道相关干涉仪测向方法， 其特征在于， 当基线长度大于半波 长时， 使用基于幅度的滑动区间进行预处理； 将预处理后的数据利用单通道合成信号的幅 度比较算法， 获取各阵元间的合成幅度， 形成顺序固定的幅度组合； 引入分类算法对幅度组合进行分类， 根据分类结果获取搜索区间； 对搜索区间内的阵元进行相位差矩阵匹配， 获取相位矩阵匹配后的。

6、最大相关系数； 最 大相关系数所对应的方向为来波方向。 6.如权利要求5所述的单通道相关干涉仪测向方法， 其特征在于， 当基线长度大于半波 长时的测向方法具体实现步骤如下： 普通阵元通过移相器与参考阵元形成一组相位差幅度值， 并求解出对应的相位差； 获 取所有阵元的相位差， 形成相位差矩阵； 对所有阵元组合的相位差幅度值进行统计， 根据统计结果进行分类； 根据基线距离与波长比， 确定选择的阵元数N； 根据统计结果进行分类后的分类结果， 选择最优的M个阵元， 其中MN； 使用M个阵元进行相位差矩阵匹配， 获取相位矩阵匹配后的最大相关系数； 最大相关系 数所对应的方向为来波方向。 7.一种基于滑动。

7、区间的单通道相关干涉仪测向系统， 其特征在于， 包括： 数据采集模块， 被配置为： 获取干涉仪的基线长度数据和半波长数据， 判断基线长度与 权利要求书 1/2 页 2 CN 111679243 A 2 半波长关系； 预处理模块， 被配置为： 当基线长度小于半波长时， 根据理论相位差最大值对干涉仪的 实测相位差进行预处理； 数据处理模块， 被配置为： 对预处理后的实测相位差剔除不可信区间的样本数据； 测向模块， 别配置为： 对剩余样本数据进行分组和相关性匹配， 获取匹配相关系数最大 的值； 相关系数最大的值所对应的方向为来波方向。 8.如权利要求7所述的单通道相关干涉仪测向系统， 其特征在于， 。

8、预处理模块， 还被配 置为： 当基线长度大于半波长时， 使用基于幅度的滑动区间进行预处理； 数据处理模块， 还被配置为： 将预处理后的数据利用单通道合成信号的幅度比较算法， 获取各阵元间的合成幅度， 形成顺序固定的幅度组合； 引入分类算法对幅度组合进行分类， 根据分类结果获取搜索区间； 测向模块， 还被配置为： 对搜索区间内的阵元进行相位差矩阵匹配， 获取相位矩阵匹配 后的最大相关系数； 最大相关系数所对应的方向为来波方向。 9.一种计算机可读存储介质， 用于存储计算机指令， 其特征在于， 所述计算机指令被处 理器执行时， 完成如权利要求1-6任一所述的单通道相关干涉仪测向方法。 10.一种电。

9、子设备， 其特征在于， 包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器 上运行的计算机指令， 所述计算机指令被处理器运行时， 完成如权利要求1-6任一所述的单 通道相关干涉仪测向方法。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111679243 A 3 一种基于滑动区间的单通道相关干涉仪测向方法及系统 技术领域 0001 本公开涉及一种基于滑动区间的单通道相关干涉仪测向方法及系统。 背景技术 0002 相关干涉仪无源测向技术广泛运用于军、 民领域， 具有精度高、 性能稳定的特点。 单通道算法利用移相器、 合路器模拟多通道数据， 样本全匹配时效性低。 同时， 相关干涉仪 算法抗波前失真能力较弱， 将失。

10、真信号引入相关计算会引发匹配错误。 0003 单通道相关干涉仪测向方法存在时效性低、 测向精度与无相位模糊条件矛盾、 抗 波前失真能力弱的问题， 现有算法无法解决上述问题， 用户只能根据不同的使用环境现场 采样， 影响了测向系统的灵活性和适用性。 0004 现有技术方案： 对于时效性问题， 使用短基线解模糊， 确定模糊区间， 在模糊区间 内进行搜索， 获取方位角； 对于抗波前失真能力， 无现有解决方案； 对于时效性低的解决方 案， 低信噪比情况下利用短基线解模糊有失败概率。 发明内容 0005 为了解决上述技术问题， 本公开根据基线距离与波长的关系， 通过相位、 幅度对天 线阵元接收的信号进行。

11、预处理， 引入分类算法， 使得单通道相关干涉仪具有较强的抗波前 失真能力， 大量减少相关匹配时间。 0006 第一方面， 本公开提供了一种基于滑动区间的单通道相关干涉仪测向方法， 包括： 0007 获取干涉仪的基线长度数据和半波长数据， 判断基线长度与半波长关系； 0008 当基线长度小于半波长时， 根据理论相位差最大值对干涉仪的实测相位差进行预 处理， 当基线长度大于半波长时， 使用基于幅度的滑动区间进行预处理； 0009 对预处理后的实测相位差剔除不可信区间的样本数据； 0010 对剩余样本数据进行分组和相关性匹配， 获取匹配相关系数最大的值； 相关系数 最大的值所对应的方向为来波方向。 。

12、0011 第二方面， 本公开还提供了一种基于滑动区间的单通道相关干涉仪测向系统， 包 括： 0012 数据采集模块， 被配置为： 获取干涉仪的基线长度数据和半波长数据， 判断基线长 度与半波长关系； 0013 预处理模块， 被配置为： 当基线长度小于半波长时， 根据理论相位差最大值对干涉 仪的实测相位差进行预处理， 当基线长度大于半波长时， 使用基于幅度的滑动区间进行预 处理； 0014 数据处理模块， 被配置为： 对预处理后的实测相位差剔除不可信区间的样本数据； 0015 测向模块， 别配置为： 对剩余样本数据进行分组和相关性匹配， 获取匹配相关系数 最大的值； 相关系数最大的值所对应的方向。

13、为来波方向。 0016 第三方面， 本公开提供了一种计算机可读存储介质， 用于存储计算机指令， 所述计 说明书 1/6 页 4 CN 111679243 A 4 算机指令被处理器执行时， 完成如第一方面所述的单通道相关干涉仪测向方法。 0017 第四方面， 本公开还提供了一种电子设备， 包括存储器和处理器以及存储在存储 器上并在处理器上运行的计算机指令， 所述计算机指令被处理器运行时， 完成如第一方面 所述的单通道相关干涉仪测向方法。 0018 与现有技术对比， 本公开具备以下有益效果： 0019 1、 本公开采用根据基线距离与波长的关系， 通过相位、 幅度对天线阵元接收的信 号进行预处理， 。

14、引入分类算法， 解决了单通道相关干涉仪测向方法存在时效性低、 测向精度 与无相位模糊条件矛盾、 抗波前失真能力弱的问题， 使得单通道相关干涉仪具有较强的抗 波前失真能力， 大量减少相关匹配时间。 0020 2、 本公开通过判断基线长度与半波长关系； 当基线长度小于半波长时， 根据理论 相位差最大值对干涉仪的实测相位差进行预处理； 当基线长度大于半波长时， 使用基于幅 度的滑动区间进行预处理； 解决了无法实现抗波前失真能力， 和低信噪比情况下利用短基 线解模糊有失败概率问题， 针对全频段可有效减少波前失真对测向精度的影响。 0021 3、 本方法中基于幅度滑动搜索的预处理方法可适配定向阵元、 全。

15、向阵元， 灵活性 强， 应用的分类算法根据频率、 基线距离自适应， 搜索区间准确。 附图说明 0022 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解， 本申请的示 意性实施例及其说明用于解释本申请， 并不构成对本申请的不当限定。 0023 图1是本公开的基于滑动区间的单通道相关干涉仪测向方法的流程图； 0024 图2是本公开的基于相位滑动搜索的预处理方法结果示意图； 0025 图3是本公开的基于幅度滑动搜索的预处理方法结果示意图； 0026 图4是背景技术中波前失真引发的错误匹配示意图； 0027 图5是本公开的五阵元均匀圆阵二维模型； 0028 图6是本公开的五阵元均匀圆阵底部。

16、投影； 0029 图7是本公开的单通道算法阵元处理流程图。 具体实施方式： 0030 下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。 0031 应该指出， 以下详细说明都是示例性的， 旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另 有指明， 本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。 0032 需要注意的是， 这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式， 而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。 如在这里所使用的， 除非上下文另外明确指出， 否则单数形式 也意图包括复数形式， 此外， 还应当理解的是， 当在本说明书中使用术语 “包含” 和/或 “包 括” 时，。

17、 其指明存在特征、 步骤、 操作、 器件、 组件和/或它们的组合。 0033 实施例1 0034 本公开根据基线距离与波长的关系， 通过相位、 幅度对天线阵元接收的信号进行 预处理， 引入分类算法， 使得单通道相关干涉仪具有较强的抗波前失真能力， 大量减少相关 说明书 2/6 页 5 CN 111679243 A 5 匹配时间。 0035 当基线长度小于半波长时， 阵元间相位差可以被现有仪器准确测量， 不存在相位 模糊。 通过理论计算引入相位差最大值， 根据理论相位差最大值对实测相位差进行预处理， 剔除不可信区间， 在可信区间中与样本数据进行分组相关匹配， 获取相关性最大的结果为 来波方向。 。

18、如图1、 图2所示， 基线长度小于半波长时， 阵元5、 6出现了波前失真， 利用理论相 位差作为阈值进行预处理， 剔除掉失真数据后， 实测值域样本值高度重合， 匹配成功。 0036 如附图1所示， 一种基于滑动区间的单通道相关干涉仪测向方法， 包括： 0037 步骤S1:获取干涉仪的基线长度数据和半波长数据， 判断基线长度与半波长关系； 0038 步骤S2:当基线长度小于半波长时， 根据理论相位差最大值对干涉仪的实测相位 差进行预处理； 0039 步骤S3:对预处理后的实测相位差剔除不可信区间的样本数据； 0040 步骤S4:对剩余样本数据进行分组和相关性匹配， 获取匹配相关系数最大的值； 相。

19、 关系数最大的值所对应的方向为来波方向。 0041 进一步的， 当基线长度小于半波长时的测向方法具体实现步骤包括： 0042 步骤S201： 普通阵元通过移相器与参考阵元形成一组相位差幅度值， 并求解出对 应的相位差， 获取若干相位差形成相位差矩阵； 参考阵元在阵列中固定的一个阵元， 普通阵 元为阵列中其他阵元。 如图5-图7中O为参考阵元， A、 B、 C、 D和E为普通阵元， 普通阵元中阵元 和移相器进行轮切。 在单通道算法中， 参考阵元为直通信号， 参考阵元为经过移相器的信 号， 接收机收到的信号为参考阵元和普通阵元的合路信号。 0043 步骤S202： 获取相位差矩阵的阵列中最大的相位。

20、差理论值； 0044 步骤S301： 根据最大相位差理论值与设定阈值系数对进行野点处理； 当不满足设 定阈值条件时， 剔除阵元数据； 根据剔除阵元数据后的结果， 将剩余阵元数据的阵元进行顺 序分组； 0045 步骤S401： 在不同的方位角区间内使用顺序分组后的阵元相位差数据， 匹配相关 系数最大的值对应来波方向。 0046 进一步的， 步骤S201中形成相位差矩阵的具体步骤包括： 重复普通阵元通过移相 器与参考阵元形成一组相位差幅度值， 并求解出对应的相位差的步骤， 直至所有阵元全部 切换完成， 形成相位差矩阵。 0047 进一步的， 步骤S202中获取相位差矩阵的阵列中最大的相位差理论值的。

21、具体步骤 为： 根据相位差矩阵的频点、 基线距离计算出相位差矩阵的阵列中最大的相位差理论值。 具 体的， 根据当前频点、 基线距离计算出阵列中最大的相位差理论值: 0048 0049 0050 根据最大相位差理论值与阈值系数k对阵元相位差组进行野点处理。 当不满足 i *(1+k)时， 对i剔除， 并将其对应的方位区间列为不信任区间， 匹配时跳过处理， 其 中i阵元间实测相位差， i为阵元索引， Azimuth为来波方向， Elevation为俯仰角(取0)， Frequency是载波频率,N为圆周阵元数目。 说明书 3/6 页 6 CN 111679243 A 6 0051 进一步的， 步骤。

22、S301中进行顺序分组的具体步骤为： 根据最大相位差理论值与设 定阈值系数对进行野点处理； 当不满足设定阈值条件时， 剔除阵元数据， 并将其对应的方位 区间列为不信任区间， 匹配时跳过对不信任区间处理； 除了不信任区间外的剩余区间为信 任区间， 将信任区间对应的阵元进行顺序分组。 0052 进一步的， 步骤S2还包括： 当基线长度大于半波长时， 使用基于幅度的滑动区间进 行预处理； 将预处理后的数据利用单通道合成信号的幅度比较算法， 获取各阵元间的合成 幅度， 形成顺序固定的幅度组合； 0053 利用附图7中的流程可以对其中一组阵元(例如A、 B)求得相位差， 根据下表中公式 推导， 可得一组。

23、阵元的合成幅度， 如下表所示： 0054 0055 0056 轮切一周获得合成幅度组后， 对其进行大小比较， 由于O2为固定值， 那么即可根据 O2+A2、 O2+B2、 O2+C2、 O2+D2、 O2+E2的值判断出A、 B、 C、 D、 E的大小。 0057 引入分类算法对幅度组合进行分类， 根据分类结果获取搜索区间； 具体的， 对所有 阵元组合的合成幅度值进行统计， 根据统计结果进行分类， 分类依据包括最大幅度阵元索 引、 前三幅度阵元分布和最小幅度阵元等。 0058 分类算法： 以五阵元均匀圆阵为例， 每一个圆上的阵元分别对应360/572 区间， 索引号从A-E分别对应索引1,2,。

24、3,4,5。 以合成幅度大小排序， 当最大合成幅度索引为1 时， 当第二、 第三索引与第一索引相连时(123、 512、 451)， 认为是优秀置信区间， 区间对应以 最大索引为中心周围72*2144 搜索区间(-72 至72 )； 当第二或第三索引与第一索引相 连时(124、 513)， 认为是普通置信区间， 区间对应以最大索引为中心周围72*2.5180 搜索 区间(-90 至90 )； 当第一索引与第二、 第三索引均不相连时， 认为是独立置信区间(134)， 区间对应以最大索引为中心周围72*3216 搜索区间(-108 至108 )。 0059 对搜索区间内的阵元进行相位差矩阵匹配， 。

25、获取相位矩阵匹配后的最大相关系 说明书 4/6 页 7 CN 111679243 A 7 数； 最大相关系数所对应的方向为来波方向。 0060 进一步的， 当基线长度大于半波长时的测向方法具体实现步骤如下： 0061 步骤S211： 步骤普通阵元通过移相器与参考阵元形成一组相位差幅度值， 并求解 出对应的相位差； 0062 步骤S212： 重复步骤S211， 直至所有阵元全部切换完成， 获取所有阵元的相位差， 形成相位差矩阵； 0063 步骤S213： 对所有阵元组合的相位差幅度值进行统计， 根据统计结果进行分类； 0064 步骤S214： 根据基线距离与波长比， 确定选择的阵元数N； 006。

26、5 步骤S215： 根据步骤S213的分类结果， 选择最优的M个阵元(MN)； 具体的， 优秀置 信区间存在时， 以合成幅度排序取第一、 第二、 第三这三个阵元与参考阵元的相位差组合成 新的相位差组合； 普通置信区间存在时， 以合成幅度排序取用第一、 第二或第三这两个阵 元， 另外一个阵元根据第三或第二的索引所在的方向选取临近阵元； 独立置信区间存在时， 以合成幅度排序取第一阵元， 另外两个阵元根据第二、 第三阵元与第一阵元的远近关系选 取近方向的临近阵元。 阵元选取完毕后， 样本库对应顺序进行整理， 计算相关系数， 获取计 算结果。 0066 步骤S216： 使用M个阵元进行相位差矩阵匹配，。

27、 获取相位矩阵匹配后的最大相关系 数； 最大相关系数所对应的方向为来波方向。 0067 实施例2 0068 一种基于滑动区间的单通道相关干涉仪测向系统， 包括： 0069 数据采集模块， 被配置为： 获取干涉仪的基线长度数据和半波长数据， 判断基线长 度与半波长关系； 0070 预处理模块， 被配置为： 当基线长度小于半波长时， 根据理论相位差最大值对干涉 仪的实测相位差进行预处理； 0071 数据处理模块， 被配置为： 当基线长度小于半波长时， 对预处理后的实测相位差剔 除不可信区间的样本数据； 0072 测向模块， 别配置为： 当基线长度小于半波长时， 对剩余样本数据进行分组和相关 性匹配。

28、， 获取匹配相关系数最大的值； 相关系数最大的值所对应的方向为来波方向。 0073 进一步的， 预处理模块， 还被配置为： 当基线长度大于半波长时， 使用基于幅度的 滑动区间进行预处理； 0074 数据处理模块， 还被配置为： 当基线长度大于半波长时， 将预处理后的数据利用单 通道合成信号的幅度比较算法， 获取各阵元间的合成幅度， 形成顺序固定的幅度组合； 引入 分类算法对幅度组合进行分类， 根据分类结果获取搜索区间； 0075 测向模块， 还被配置为： 当基线长度大于半波长时， 对搜索区间内的阵元进行相位 差矩阵匹配， 获取相位矩阵匹配后的最大相关系数； 最大相关系数所对应的方向为来波方 向。

29、。 0076 进一步的， 所述数据采集模块、 预处理模块、 数据处理模块和测向模块所被配置的 具体方式分别对应上述实施例中所述的单通道相关干涉仪测向方法的具体步骤。 0077 在其他实施例中， 本公开还提供了： 0078 一种计算机可读存储介质， 用于存储计算机指令， 所述计算机指令被处理器执行 说明书 5/6 页 8 CN 111679243 A 8 时， 完成如上述实施例中所述的单通道相关干涉仪测向方法。 0079 一种电子设备， 包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计 算机指令， 所述计算机指令被处理器运行时， 完成如上述实施例中所述的单通道相关干涉 仪测向方法。 00。

30、80 上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述， 但并非对本公开保护范 围的限制， 所属领域技术人员应该明白， 在本公开的技术方案的基础上， 本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。 说明书 6/6 页 9 CN 111679243 A 9 图1 说明书附图 1/4 页 10 CN 111679243 A 10 图2 图3 说明书附图 2/4 页 11 CN 111679243 A 11 图4 图5 图6 说明书附图 3/4 页 12 CN 111679243 A 12 图7 说明书附图 4/4 页 13 CN 111679243 A 13 。