技术领域
[0001] 本发明属于测向技术领域，具体涉及基于均匀圆阵的比幅比相联合测向系统及方法。
相关背景技术
[0002] 电磁波的到达方向信息对于电子侦察、信号分选、辐射源检测识别、调制参数估计、威胁判决、引导电子干扰和电子攻击等都具有非常重要的意义。随着电子对抗技术不断发展，雷达与通信信号不断开辟新频段，采用扩频、跳频、减少信号驻留时间、增大信号带宽等抗干扰技术。面对这些新的雷达和通信信号，传统单一的比幅法、比相法、比时法测向技术难以适应现代战场信号环境，更难以对这些新的雷达和通信信号进行测向，而且传统的单一测向方法也有其各自缺点。
[0003] 目前研究主要针对单一测向方法。比幅法测向系统结构来说相对简单、体积较小、造价低，但是其缺点在于易受通道幅度特性不一致、天线极化特性、波束宽度不理想等因素的影响，导致测向精度和灵敏度不高。多普勒测向没有间距误差、能抗波前失真，测向精度高、场地适应性强，设备结构简单、性能可靠、维护简单，但抗干扰能力差。空间普测向对天线阵元的空间分布几乎没有限制，可对多个信号同时测向以及超分辨测向，测向精度非常高，但运算量偏大，且必须提前已知辐射源的数量。比相法和干涉仪测向精度高，算法简单，但是存在角度模糊的问题。
具体实施方式
[0025] 为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
[0026] 本发明提供的基于均匀圆阵的比幅比相联合测向系统，如图1所示，由八个天线按顺时针方向依次沿圆周等间隔排列组成均匀圆阵101，八个天线分别是A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8。每四个相邻布置的天线为一组形成一个测向单元，分别是第一测向单元：A1、A2、A3、A4；第二测向单元：A2、A3、A4、A5；第三测向单元：A3、A4、A5、A6；第四测向单元：A4、A5、A6、A7；第五测向单元：A5、A6、A7、A8；第六测向单元：A6、A7、A8、A1；第七测向单元：A7、A8、A1、A2；第八测向单元：A8、A1、A2、A3。采用四通道测向接收机102接收每个测向单元的四个天线信号，例如，当切换至第一测向单元时，表示选通A1、A2、A3、A4四个天线，依次类推。
[0027] 本发明提供的基于均匀圆阵的比幅比相联合测向方法，具体实现过程如下：
[0028] 1、来波方向估计
[0029] 首先采集第一测向单元(A1、A2、A3、A4)和第五测向单元(A5、A6、A7、A8)的信号R阵，获得八个天线的功率AMP1～AMP8，找到接收功率最大的天线Aj，j∈[1，8]，比较最大功率天线Aj左、右两个天线的功率大小，即比较Aj‑1和Aj+1的功率大小。如果左侧的天线Aj‑1的功率大于等于右侧的天线Aj+1的功率，则Aj‑2、Aj‑1、Aj、Aj+1组成的测向单元所对应的方向为来波方向；如果，Aj+1的功率大于Aj‑1的功率，则Aj‑1、Aj、Aj+1、Aj+2组成的测向单元所对应的方向为来波方向。
[0030] 例如：八个天线中，A5接收功率最大，A5的左侧为A4，右侧为A6，则比较A4和A6的功率。若A4的功率大于等于A6，则A3、A4、A5、A6组成的第三测向单元对应的方向为来波方向；若A6的功率比A4大，则A4、A5、A6、A7组成的第四测向单元对应的方向为来波方向。
[0031] 再例如：八个天线中，A7接收功率最大，A7的左侧为A6，右侧为A8，则比较A6和A8的功率。若A6的功率大于等于A8，则A5、A6、A7、A8组成的第五测向单元对应的方向为来波方向；若A8的功率比A6大，则A6、A7、A8、A1组成的第六测向单元对应的方向为来波方向。
[0032] (2)比幅测向
[0033] 将天线阵切换到来波方向对应的测向单元，获得四个天线功率和相位信息。通过比幅测向方法获得来波角度θ。
[0034] 比幅测向原理如图2中(a)、(b)所示：设各天线增益相同，θs为波束夹角，其3dB波束宽度均为θr。一般天线方向图满足对称性，为简化定量分析，其方向性函数近似为高斯函数，其中θ为相对波束中心指向的角度，A0表示信号最大幅度，则对应天线的输出信号为：
[0035]
[0036] 根据半功率波束宽度的定义可求得系数k：
[0037]
[0038]
[0039] 带入以上信号的表达式，同时取对数，对应在硬件上取得的信号功率对数幅度的原始采样数据，与输出视频电压呈线性关系：
[0040]
[0041] 式中：Pm表示信号功率，P0表示信号最大功率P0＝10lgA0；系数B＝20lgeln2≈6。
[0042] 考虑该测向单元中接收信号功率最大的两波束比幅测向，以两波束等信号轴方向为零度方向，θ为偏离零度方向的角度，则左、右两个波束的幅度为：
[0043]
[0044]
[0045]
[0046] 得角度计算公式为：
[0047]
[0048] 工程应用中该理论公式获得角度误差较大，因此对理论公式简化为：
[0049] θ＝af·PL‑R+bf；
[0050] 上式中，角度与左、右两个波束的功率差PL‑R之间满足线性关系，af和bf是与频率相关的系数，可以通过前期标校获得。
[0051] (3)比相测向
[0052] 选择该测向单元中间两个天线进行比相测向，根据比相测向原理，比相测向角公式如下：
[0053]
[0054]
[0055] 式中，为相位差，λ为辐射信号的波长，f为信号频率；D为两天线相位中心距离；θp为射频辐射的平面波与天线视轴的夹角(即比相测向角)，n表示相位差重复周期的个数。
[0056] 由 得到 和nmin与nmax分别表示相位差折叠周期数的最
小值和最大值，n取值从nmax到nmax的整数，得到比相测向角度集θp(i)，i＝1：length(n)。
[0057] (4)解模糊
[0058] 利用比幅测向角度对比相测向角度集进行解模糊。计算Diff表示比相测向角度与比幅测向角度差值的绝对值，Diff(i)＝abs(θp(i)‑θ)，i＝1：length(n)。找到Diff(i)值最小的序号III＝min(Diff)，θp(III)就是最终的测向角度。
