干涉仪测向matlab程序,一种相关干涉仪测向算法的快速实现

1. 引言

无线电测向是利用无线电测向设备测量空中的无线电信号并获取信号发射源方位的过程，被广泛应用于无线电管理、航海航空救援、抢险救灾、射电天文、医学电子、电子对抗等民用和军用的诸多领域。常用的测向体制包括比幅测向法 [1] 、时差测向法 [2] 、相位测向法 [3] 和空间谱估计测向法 [4] 等。相关干涉仪测向是相位测向法的一种，测向精度和灵敏度都比较高，可同时获取方位和仰角信息，适用于多种天线阵形式，并且因为引用了相关处理，可以避免普通相位干涉仪中存在的相位模糊问题，是当前应用最为广泛的测向体制之一。但是相关干涉仪测向需要将测量的相位差与样本库中的相位差进行相关运算，运算量相对较大，尤其是在进行宽带频段测向的时候，如果测向接收机实时带宽内存在信号较多，需要对多个信号进行测向，那么测向消耗的时间比较多，效率难以令人满意。针对这一问题，当前的主要解决思路有两种：算法加速和硬件加速。算法加速方法中，当前研究比较多的是基于基线引导式的快速测向算法 [5] [6] ，使用一条或者多条基线计算可能的角度信息，然后只对这些可能角度进行相关计算，即先进行相位干涉仪测向，再进行相关干涉仪测向，但是由于受到天线阵子间的耦合影响，相位干涉仪测向误差较大，导致该方法的测向准确度难以满足实际要求。硬件加速有两种：基于FPGA的算法实现 [7] 和基于GPU的算法实现 [8] 。基于FPGA的测向算法实现需要在FPGA中进行大规模的并行相关运算，设计非常复杂，实现难度很大。基于GPU的实现方法需要将测量的相位差传输至安装有特定型号GPU的主机板上，再使用GPU进行相关运算，因此该方法会引入额外的硬件成本。因此，本文提出一种相关干涉仪测向算法的快速实现方法，适于在DSP或者嵌入式板卡中实现，并通过仿真与传统方法和文献 [6] 提出的基线引导方法进行比较，验证了方法的有效性。

2. 相关干涉仪算法

相关干涉仪测向原理如下：

在一个无模糊的阵列中，对给定方向、给定仰角、给定频率的已知(校正信号)到达波，测出阵列中各阵元间的相位差，即为对应方向、仰角、频率的信号的相位差样本；在所设计的天线阵列工作频率范围内，按照一定规律选择方位、仰角、频率，依次建立样本群，作为标准模板存起来，形成相关计算的标准样本库。以角度个数为N，天线振元对个数为M为例，某个频率的样本库为

Φ

=

[

φ

11

φ

12

⋯

φ

1

N

φ

21

φ

22

⋯

φ

2

N

⋮

⋮

⋱

⋮

φ

M

1

φ

M

2

⋯

φ

M

N

]

=

[

φ

1

,

φ

2

,

⋯

,

φ

N

] (1)

可用角度索引集合为

I

=

{

i

|

1

≤

i

≤

N

,

i

∈

ℤ

} (2)

式中：

ℤ 表示整数集。

每一个角度索引i对应一个方位和仰角的组合，如果以1˚步进方位和1˚步进仰角建立样本库，则

N

=

360

×

90

=

32400 。样本库中在角度索引i的样本相位差为

φ

i<