基于相关干涉仪的双通道测向系统的研究与实现

发布时间：2020-07-30 08:51

【摘要】：随着无线电通信技术的飞速发展,无线应用以其无处不在的便捷性迅速发展起来,成为信息消费的重要组成部分,但无线电干扰也日益增多,私设电台特别是“伪基站”、“黑广播”等电信网络新型诈骗的危害非常大,不仅扰乱正常的广播秩序,还容易对民航通信产生干扰,同时影响社会稳定和国家安全。无线电监测就是利用电子设备对无线电信号进行搜索、截获和分析,并利用无线电测向技术对发射站进行定位。本文以无线电测向技术为研究内容,重点研究了相位干涉仪测向技术、互谱法测相位差、相关干涉仪测向技术、双通道测向系统的硬件及软件算法等内容。因此本文的主要研究内容包括以下几个部分。首先,总体介绍和分析了常见无线电测向体制的原理及其特点,包括幅度比较式测向体制、多普勒测向体制、到达时间差测向体制、空间谱估计测向体制,其中重点阐述了相位干涉仪测向体制的原理及其特点,并对其测向误差进行了分析,当阵元基线长度大于半波长时,会出现多值模糊现象,而误差的方差与天线阵元基线长度的平方成反比,造成相互矛盾的现象。接着论述了双通道测向系统中通道幅相不一致性的校正,分析了影响通道幅相不一致性的因素,并介绍了两种校正方法,LMS自适应算法和RLS自适应算法。其次,研究了互谱法求相位差法及其优化算法,在双通道测向系统中,两路信号的互谱密度函数在频率f处的相位就是两路信号在频率分量f处的相位差。基于宽带信号的互谱法分析了带宽内每一个频率分量处的相位差,并进行累加求平均,在提高了相位差测量精度的同时增加了算法的时间复杂度,降低了测向系统的时效性。为提高测量相位差的效率,提出了基于稀疏快速傅里叶变换的互谱法,并对改进算法的时间复杂度和性能进行了仿真分析。然后,重点论述了相关干涉仪测向的基本原理及其改进算法,相关干涉仪测向利用实际接收信号的相位差信息与样本库的数据作相关比较得到入射信号的方位信息,不需要对天线的最小孔径做限制,避免了复杂的相位解模糊计算。但相位差样本库中的频率、方位角和俯仰角都是离散的,无法保证样本库数据与实际信号的频率和角度完全匹配,因此提出基于引导基线建立相位差样本库的方法,通过实时建立相位差样本库,减小了样本库的规模,解决了频率和角度不能完全匹配的问题。最后,对基于相关干涉仪的双通道测向系统的硬件模块和软件流程进行了介绍,并对系统进行了联调和测试。重点阐述了系统方案设计及功能配置、系统的硬件模块设计,包括数字下变频处理模块、天线阵列的开关矩阵、控制板卡及天线控制接口等。在系统联调和测试过程中,分别对不同频率信号的测向结果进行了对比分析。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN98
【图文】：

信号频谱,K均值,整周期采样,显示信号

图 3.3 FFT 和 SFFT 获得的信号频谱图傅里叶变换能很好的显示信号的幅频响应，下面对信号的相信号采样频率为 2048Hz，采样点数为 n=4096，大值点数 K均值，整周期采样时稀疏快速傅里叶变换相位均方误差随信

相位,均方误差

相位均方误差图

对比图,信噪比,对比图,互谱

图 3.5 同信噪比下的对比图可以看出，信噪比较低时，噪声对基于 SFFT 互谱算法影响相于 0.045rad，随着信噪比的升高，相位差误差下降明显，接近能。

【参考文献】