一种基于等腰梯形接收阵的减小测向多值问题的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于等腰梯形接收阵的减小测向多值问题的方法，包括步骤：步骤(1)：用四个接收阵元构造等腰梯形接收阵，使其满足L1＞L2cosΦ且L1≠2L2cosΦ；其中，L1为等腰梯形接收阵的上底边长、L2为等腰梯形接收阵的腰长、Φ为等腰梯形接收阵的腰与下底边的夹角；步骤(2)：分别测量信号到达等腰梯形接收阵左侧腰上下两个接收阵元的相位差Ω1，信号到达等腰梯形接收阵右侧腰上下两个接收阵元的相位差Ω2，信号到达等腰梯形接收阵上底右侧接收阵元及左侧接收阵元的相位差Ω3；步骤(3)：利用等腰梯形接收阵元间相位差的组合计算信号来波方向。本发明利用阵元间相位差的组合，减小相位测向方法中存在的多值问题。
【专利说明】
-种基于等腰梯形接收阵的减小测向多值问题的方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种减小测向多值问题的方法，特别是一种基于等腰梯形接收阵的减 小测向多值问题的方法。
【背景技术】
[0002] 测向技术在雷达、声纳、通信、航海、地理定位、军事武器等众多应用领域中有着十 分重要的作用。传统的测向技术包括振幅法和相位法，[Reuben化ar , Simulation of Polarizer Impact on Circular Interferometer performance. The Ilth IEEE Internstionsl Conference on Computstionsl Science 曰nd Engineering,IEEE,2008: 334-339]，其中相位法测向是通过测量平面波信号到达接收阵元的相位差来判断福射源的 入射方向，算法实现的稳定性高、系统结构简单、便于工程实现。在实际应用中，相位法受到 福射波长及阵元间距的限制：当阵元间距大于福射信号半波长时，将造成待测方向的多值 问题[Ernest Jacobs ,Elizabeth !.Ralston. Ambiguity resolution in interferometry. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,1981,17 (6):766-779]。因此开展减小测向多值问题的研究具有重要意义。
[0003] 目前解决测向多值问题的方法主要有:长短基线法、余数定理法、虚拟基线法、立 体基线法等。长短基线法要求接收阵列中有一组小于福射信号半波长的基线，往往受物理 条件的限制无法实现;余数定理法和虚拟基线法各组基线长度不必小于信号半波长，但实 际应用中往往受解算方法的限制，如余数定理法需要各组基线都满足严格的互质关系;立 体基线测向法合理利用了接收阵列中各阵元的空间位置关系，算法对各组阵元间距没有特 殊要求，但所需阵元数目较多。随着阵列技术的发展和应用，如何在有限的空间中合理布放 接收阵元，并有效减小相位测向方法中存在的多值问题，仍是当今不断研究和改进的问题。 另一方面，在保持现有接收阵型不变的基础上，利用阵型中若干阵元构造新的阵型、辅W新 的测向解算方法，也可有效减小相位测向过程中存在的多值问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于等腰梯形接收阵的减小测向多值问题的方法，该方 法可有效减小相位测向方法中存在的多值问题。采用的技术方案如下：
[0005] -种基于等腰梯形接收阵的减小测向多值问题的方法，包括步骤：
[0006] 步骤（1):用四个接收阵元构造等腰梯形接收阵，使其满足^>^(303〇且^声 化2COS?;其中，1^1为等腰梯形接收阵的上底边长、L2为等腰梯形接收阵的腰长、〇为等腰梯 形接收阵的腰与下底边的夹角；
[0007] 步骤(2):分别测量信号到达等腰梯形接收阵左侧腰上下两个接收阵元的相位差 Q 1，信号到达等腰梯形接收阵右侧腰上下两个接收阵元的相位差Q 2,信号到达等腰梯形接 收阵上底右侧接收阵元及左侧接收阵元的相位差Q 3 ;
[000引步骤(3):计算信号来波方向
[0009]
[0010] 其中A为信号波长，fo为信号频率，C为信号的传播速度，n取所有满足
的整数值。
[0011] 本发明的优点和有益效果是:本发明利用等腰梯形接收阵元间相位差的组合进行 方向测量，可有效减小原有技术中存在的测向多值问题。
【附图说明】
[0012] 图1为基于等腰梯形接收阵的减小测向多值方法的原理图；
[OOK]图2为本发明实施例的具体实现过程；
[0014]图3为发明实施例1对不同方向信号的方向测量结果。
[001引图4为发明实施例2对不同方向信号的方邮则量结果。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
[0017] 如图1所示，四个接收阵元位于该等腰梯形接收阵的四个顶点，分别为a、b、c、d，其 中ab间的长度为心曰巧化。的长度为1^2,〇(1间的长度为1^3 = ^+2*1，则该等腰梯形的高度为
，ad连线和Cd连线构成的角度O =Srctan化/1)。若信号来波方向与水平方向 的夹角为Q，则
[001 引 Di = L2*C0S(巫-目）=Tic，D2 = L2*C0S( JT-巫-目）=T2C ,Ds = I^icos 目=T3C ( 1 )上式 中，C为信号的传播速度，频率为时的信号到达a、d两点的时延差为T1、相位差为Qi,则Qi = 2村日Ti+23ini，其中m是一整数，使-3T< Q 1《JT;信号到达b、c两点的时延差为T2、相位差为 02，则02 = 2时仍+2町12，其中112是一整数，使-31<02《31;信号到达曰、13两点的时延差为13、 相位差为Q 3，则Q 3 = 2灶0T3+23ln3，其中M是一整数，使-JT < Q 。
[0019] 如果利用ab阵元进行测向，则计算待测方向
[0020]
(2)
[0021] 在实际测向过程中，m未知，所W公式(2)中的m需选取所有满y
的 整数值再进行爲的求解，因此会计算出多个待测方向，即出现相位测向方法中的多值问题。
[0022] 如果利用该等腰梯形接收阵进行测向，因为
[0023]
(3)
[0024] 所 W
[0025] 〇3-(1)广〇2) =^cos 目-2L2*C0S 目 *COS 巫=T3C-(T 广 T2)C (4)
[0026] 由此可计算待测方向
[0027]
樹
[002引其中n = n3-(m-n2)为整数。实际测向过程中，n未知，所W公式(5)中的n需选取所 有满月
的整数值再进行易的求解，也会计算出多个方向。若该等 腰梯形阵满足1^1>1^2(303巫且1^1声化2C0SO，对比公式（2)和公式（5)，则|2村0a广2L2*cos 巫）/c I < I 2地)Li/c I，那么Q 3-( Q广Q 2)-2町1的取值范围比Q 3-2町13要小，所W公式（5)中n 的取值个数会小于公式(2)中m的取值个数，从而减小原有技术中存在的测向多值问题。特 别的，若-V2<b-2L2*cos0 <V2,此时n取唯一值，可计算出唯一的信号来波方向。
[0029] 图2是基于等腰梯形接收阵的减小测向多值问题的具体实现过程。
[0030] 如图2所示，本发明基于等腰梯形接收阵的减小测向多值问题的具体步骤如下：
[0031] (1)用四个接收阵元构造等腰梯形接收阵，使其满足。>12(303巫且^声化2COS巫， 其中该等腰梯形接收阵的上底边长为^、腰长为L2、下底边长为L3 = b+21，则该等腰梯形的 高度
，腰与底边的夹角? =arctan化/1)。运样的等腰梯形接收阵具有减小测 向多值的优势。
[0032] (2)测量信号到达左腰上下两阵元的相位差Q 1，到达右腰上下两阵元的相位差 Q 2，到达上底右左两阵元的相位差Q 3。
[0033] (3)计算信号来波方向
[0034]
[0035] 其中A为信号波长，fo为信号频率，C为信号的传播速度，n取所有满足
的整数值。 L〇〇36」阁3是依据阁2的一个具体实施例1。在该等腰梯形接收阵中，ab间的长度为^ = 2m，ad和be的长度为L2 = 2.06m，Cd间的长度为L3 = 3m，梯形高度为H=2m，ad连线和Cd连线构 成的角度巫=76°。该等腰梯形接收阵满足^>1^2(303〇且^声化2C0SO。信号源的福射频率 fo = 500Hz，信号传播速度c=1500m/s，则信号波长A = 3m。设定信号源的入射方向，测量信 号到达a、d两阵元的相位差Q 1，到达b、c两阵元的相位差Q 2，到达b、a两阵元的相位差Q 3。 因为-V2<b-2L2*cos?<V2,则利用该等腰梯形接收阵可计算出唯一的信号来波方向。
[0037] 图3中信号源的实际方向从0度至180度WlO度为间隔分布；用阵元ab测量的结果 在0~40度和140~180度出现了多值，其中黑体所示角度与实际入射方向基本一致，视为正 确的测量结果，斜体所示角度为多值现象造成的错误测量结果；用阵元Cd测量的方向在0~ 180度均出现了多值现象，且在0、90、180度出现了=个测量结果，其中黑体所示角度与实际 入射方向基本一致，视为正确的测量结果，斜体所示角度为多值现象造成的错误测量结果； 利用该等腰梯形阵进行方向测量时，未出现多值现象，且测量结果与实际入射方向基本一 致。因此该发明能有效减少测向过程中出现的多值问题，进而获得正确的方位测量结果。
[0038] 图4是依据图2的一个具体实施例2。除信号源的福射频率fo = 800Hz外，其余参数 与图3相同。图4中信号源的实际方向从O度至180度Wio度为间隔分布；用阵元ab、cd、等腰 梯形阵测量的结果在0~180度均出现了相位多值现象，其中黑体所示角度与实际入射方向 基本一致，视为正确的测量结果，斜体所示角度为多值现象造成的错误测量结果。由图可 见，尽管利用该等腰梯形阵进行测向仍然存在相位多值问题，但其得到的测量值数目最少。 因此该发明能有效减少相位测向过程中出现的多值问题。
【主权项】
1. 一种基于等腰梯形接收阵的减小测向多值问题的方法，其特征在于，包括步骤： 步骤(1):用四个接收阵元构造等腰梯形接收阵，使其满足Li>L2C〇s Φ且Li辛2L2COS Φ ; 其中，U为等腰梯形接收阵的上底边长、L2为等腰梯形接收阵的腰长、Φ为等腰梯形接收阵 的腰与下底边的夹角； 步骤(2):分别测量信号到达等腰梯形接收阵左侧腰上下两个接收阵元的相位差Ω :，信 号到达等腰梯形接收阵右侧腰上下两个接收阵元的相位差Ω 2,信号到达等腰梯形接收阵 上底右侧接收阵元及左侧接收阵元的相位差Ω 3; 步骤(3):计算信号来波方向其中λ为信号波长，f Q为信号频率，c为信号的传播速度，η取所有满足的整数值。
【文档编号】G01S3/14GK105954707SQ201610248569
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】韩宁, 方世良
【申请人】东南大学