一种基于无人机自旋的高精度测向方法

本发明属于目标测向，具体涉及一种基于无人机自旋的高精度测向方法。

背景技术：

1、传统的测向方法可以分辨同时到达的多个信号，然而其优良的测向性能是在精确的阵列模型条件下获得的，在实际测向系统中天线阵列的通道幅相不一致、天线阵元的互耦等误差会导致算法的测向性能下降，甚至失效。

2、许多考虑测向系统中天线阵列的通道幅相不一致、天线阵元的互耦的场景中，基于辅助信源的校正方法实现阵列的校正，但是实际测向系统接收通道中的放大器、本振、滤波器等有源器件特性会由于温度、环境等条件而发生扰动，使得校正矩阵仍存在较大的误差而影响测向精度及阵列的分辨力。自校正可以实现在线校正，但是参数估计运算量大且容易局部收敛，不适于在测向系统中应用。旋转干涉仪能够很好地消除通道幅相不一致、天线阵元的互耦等误差带来的影响，但在测向精度上有所损失。针对这种场景，我们提出在旋转干涉仪进行初步测向的基础上，利用无人机自旋的特性使得辐射源信号沿基线的法线方向入射，以获得高精度的测向结果。

3、该方法通过无人机自旋实现旋转干涉仪的效果，对辐射源进行初步测向，在获得初步测向结果的基础上，通过无人机的自旋特性，使得辐射源信号沿基线的法线方向入射从而实现高精度的辐射源方位测量。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种辐射源方位未知，利用无人机自旋削弱互耦、幅相不一致带来的影响并对辐射源进行高精度测向的方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、该场景下有一个辐射源和一个无人机，辐射源的方位未知。可以利用旋转干涉仪的特性消除通道幅相不一致、天线阵元的互耦等误差进行初步测向，旋转无人机使得辐射源信号沿基线的法线方向入射，从而实现高精度测向；测向包括以下步骤：

4、无人机上搭载两根天线，天线阵元间距为d，以初始情况下左边的天线阵元为参考阵元，现有一个辐射源发射信号，假设辐射源的方位角为θ(来波与x轴正方向的夹角)，假设远场窄带辐射源波长为λ，考虑天线阵元间存在通道幅相不一致、天线阵元互耦效应等误差，接收信号建模为：

5、x＝cγφas+n  (1)

6、其中，c是阵列的互耦阵，γ是各阵元增益组成的对角阵，φ是各阵元初相组成的对角阵，a是导向矢量矩阵，s是辐射源发射的信号，n是加性高斯白噪声，考虑两个阵元情况，即

7、

8、设无人机逆时针旋转为正角度，在观测时刻tn，转动的干涉仪基线方位转角为θn，则干涉仪测量到的相位差为：

9、

10、δn为相位差测量误差，假设服从均值为零、方差为的高斯分布，并假设在观测时间内各误差独立同分布，即

11、对应的模糊相位差模型为：

12、

13、其中，φn为相对于第一个相位差的无模糊相位差，n1为第一个相位差对应的未知的2π模糊数。

14、从上式可以看到，当存在3组或以上互异相位差即可确定方位角θ和模糊数n1。

15、由式(3)的相位差模型可得：

16、

17、将式(4)中的未知量写成向量形式：

18、x＝[sinθ,cosθ,2πn1]t  (5)

19、将观测数据写成矩阵形式可得：

20、φ＝hx+e  (6)

21、其中:

22、φ＝[φ1,φ2,…,φn]t e＝[δ1,δ2,…,δn]t h＝[h1,h2,h3]

23、

24、

25、h3＝[1,1,…1]t

26、利用伪线性最小二乘方法即可估计出辐射源的来波方向。

27、在利用旋转干涉仪得到来波方向的初步估计之后，利用无人机能够自旋的特性，使得辐射源沿基线的法线方向入射，从而获得更优的测向性能。

28、旋转180°消除幅相不一致误差原理：

29、设来波方向为θ，天线阵元间不存在互耦效应，远场窄带辐射源波长为λ，则初始时刻接收信号可建模为：

30、

31、旋转180°后，其余条件保持不变，接收信号可建模为：

32、

33、两次测得的相位差分别为和将两次相位差作差后得到即可得到消除互耦误差后的相位信息。

34、当来波沿基线的法线方向入射时，互耦效应对相位差几乎不产生影响原理：

35、设来波方向为θ，天线阵元间不存在幅相不一致，远场窄带辐射源波长为λ，则接收信号可建模为：

36、

37、当来波沿基线的法线方向入射时，θ≈90°，此时

38、

39、互耦效应对相位差的影响被消除。

40、本发明的有益效果为，本发明可以准确估计出辐射源的来波方向，且在一定程度上削弱了阵元幅相不一致和阵元间的互耦效应带来的影响，方法简单，效果良好。

技术特征：

1.一种基于无人机自旋的高精度测向方法，定义测向场景下有一个辐射源和一个无人机，辐射源的方位未知，其特征在于，测向方法包括：

技术总结本发明属于目标测向技术领域，具体涉及一种基于无人机自旋的高精度测向方法。定义测向场景下有两个天线阵元搭载在无人机上组成接收阵列与一个辐射源，且辐射源的方位未知。通过无人机自旋使得其达到旋转干涉仪的效果进行初步测向，在得到初步测向的结果之后利用无人机的自旋特性，使得辐射源沿基线的法线方向入射，从而得到高精度的测向结果。本发明可以准确估计出辐射源的来波方向，且在一定程度上削弱了阵元幅相不一致和阵元间的互耦效应带来的影响，方法简单，效果良好。技术研发人员：郑世龙,周永康,李佳昕,魏平受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9