一种相位干涉仪测向系统相位补偿方法及系统、电子设备与流程

1.本发明涉及无线电监测测向技术领域，尤指一种相位干涉仪测向系统相位补偿方法及系统、电子设备。


背景技术：

2.为适应新形势下战场环境的干扰防护以及民用领域的电磁环境监测等需求，无线电测向的应用日益广泛。在无源测向定位领域，常用的测向体制有幅度比较式测向体制、干涉仪测向体制、空间谱估计测向体制等。但当前单从测向体制上讲，比干涉仪测向体制更优越的只有空间谱估计而已，但是其复杂的计算过程决定了系统实现的复杂性。综上所述，综合考虑各方面性能指标与实现难度，最优秀的测向体制仍然是干涉仪体制测向系统。
3.相位干涉仪是通过比较测得的测向天线阵中阵元之间信号的相位分布与样本库中的方位、频率变化相关的参考值之间的相关性，最终测得目标辐射源信号的来波方向。正是由于这种原因使得相位干涉仪测向系统的测向结果对相位误差的敏感度很高并容易受其影响。因此,保证各通道间相位差的准确性成了相位干涉仪测向的关键所在。
4.目前用的较多的多通道接收机是测向系统中信号必然要通过的关键环节之一，正是这种存在不一致性的多通道的接收方式会给经过接收系统的信号带来不同的幅度增益和相移特性，即幅相误差来源。现实的工程应用中，组成多通道接收系统的元器件等器件由于制造工艺的问题其电特性并不是完全一致的，此外测向阵的装配等问题的存在也导致各个接收通道的幅度增益和相移特性不一致，通道间的相位失衡将会给干涉仪测向系统的测向精度产生恶劣的影响。
5.相位误差补偿的传统方法是采用事先校准的办法，事先测得各个接收通道的相位差，测向时由测得的相位减去通道间相位差，得到辐射源到达各个天线通道的的真实相位。该方法要求各通道的微波器件和电缆在各种环境和温度下都保持相频特性的相对稳定，这是非常困难的。
6.另外，现有技术中在天线开关阵天线振子馈电信号输入端通过射频开关增加校准源信号，然后通过射频开关进行选择进入相应通道。该方法的原理是，在测向时，控制开关的输入端切换到校正源一侧，通过校正源信号输出同频的信号通过接收通道，然后计算出相应的相位及相位差；进一步通过控制开关，将开关打到待测信号一侧，待测信号通过接收通道，然后计算出相应的相位；最后将校正源通过各接收通道计算的相位差作为补偿值，补偿待测信号通过接收通道的相位，即可消除通道不一致带来的相位偏差。但是，此方法虽能实时解决各通道相位不一致的问题，但不能解决各天线阵元、天线匹配电路以及装配等因素所带来的相位误差。此外，在现有技术当中补偿相位的获取还需借助外部仪器设备来完成，工作量较大，成本较高，操作不便利。
7.因此，如何提供一种能够解决上述问题的相位干涉仪的测向系统相位补偿方法及系统，是目前需要解决的问题。


技术实现要素：

8.为解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种相位干涉仪测向系统相位补偿方法，其可以解决现有相位干涉仪的测向系统相位补偿过程中因元器件、电缆随天气环境因素，相频特性不稳性的问题。
9.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
10.一种相位干涉仪测向系统相位补偿方法，包括以下步骤：
11.开启校准源，采集校准信号，将所述校准信号进行fft变换后再进行相位测量，得到校准相位；
12.关闭校准源，采集空中信号，将所述空中信号进行fft变换后再进行相位测量，得到实际信号相位；
13.计算所述实际信号相位与所述校准相位的相位差；
14.将所述相位差与预设的相位样本进行相关运算，以确定实际信号来波方向。
15.进一步，所述相位干涉仪测向系统包括：测向主机和测向天线阵，所述测向主机与所述测向天线阵连接。
16.进一步，所述测向天线阵包括：天线开关阵、天线极化选择匹配电路、天线阵元，所述天线开关阵通过所述天线极化选择匹配电路与所述天线阵元连接。
17.进一步，所述天线开关阵包括：射频rf开关、滤波器、功率放大器及功分器。
18.进一步，所述天线阵元包括：1个全向天线振子和9个方向性振子。
19.进一步，所述测向主机包括双通道接收机和测向信号处理器，所述双通道接收机与所述侧向信号处理器连接。
20.进一步，具体包括以下步骤：
21.步骤1：设置校准源和接收机的频率范围、步长，设置校准源通过参考振子发射；依次切换采样振子，计算各振子、各频点的相位，并保存数据；计算9个振子相位差并保存；
22.步骤2：将校准源信号通过功分器同时从开关通道送入接收机rf1端口，另一路按对称通道送入接收机rf2端口；启动数据采集，计算信道相位差并保存；
23.步骤3：进一步进行相位数据处理，计算出相位补偿参数。
24.本发明还提供一种相位干涉仪测向系统相位补偿系统，所述相位干涉仪测向系统相位补偿系统用于执行如以上所述的方法。
25.本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：程序，所述程序用于执行如以上所述的方法。
26.进一步，所述电子设备包括：处理器和存储器，所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行。
27.本发明的有益效果在于：
28.本发明包括以下步骤：开启校准源，采集校准信号，将所述校准信号进行fft变换后再进行相位测量，得到校准相位；关闭校准源，采集空中信号，将所述空中信号进行fft变换后再进行相位测量，得到实际信号相位；计算所述实际信号相位与所述校准相位的相位差；将所述相位差与预设的相位样本进行比较运算，以确定实际信号来波方向。本发明可以解决现有相位干涉仪的测向系统相位补偿过程中因元器件、电缆随天气环境因素，相频特性不稳性的问题。另外补偿相位的获取不需借助外部仪器设备，操作方便，提高了作业效
率。
附图说明
29.图1是本发明的相位干涉仪测向过程流程图。
30.图2是本发明所述相位干涉仪测向系统相位补偿方法的流程图。
31.图3是本发明所述相位干涉仪测向系统天线开关阵的电路方框图。
32.图4是本发明所述相位干涉仪测向系统的示意图。
33.图5是本发明所述相位干涉仪测向天线阵布局图。
具体实施方式
34.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
35.请参阅图1-5所示，本发明关于一种相位干涉仪测向系统相位补偿方法及系统、电子设备。
36.一种相位干涉仪测向系统相位补偿方法，包括以下步骤如图2：
37.步骤1：测向时获取实时相位补偿值：在工作频段200mhz～8000mhz内，设置测向带宽[fmin,fmax]、以步长fstep，对每一频点，设置校准源输出频率，遍历测向带宽。具体步骤：测向主机开启校准源，并控制开关14～15通过天线振子to发射与待测测向带宽内的同频信号，此时振子to为发射天线，圆周方向的振子t1～t9作为接收天线，通过设置天线开关阵控制开关，测向主机接收机依次接收圆周方向振子t1～t9的信号,计算出振子t1～t9所通过射频路径的相位[pn1,pn2,pn3...,pn9]，进一步得到振t1～t9各射频通道的校准相位差为[δpn1,δpn2,δpn3...,δpn9]，即补偿后的各通道相位为[pn1-δpn1,pn2-δpn2,pn3-δpn3...,pn9-δpn9]，其中n(n≥1)为待测信号的频点数；
[0038]
步骤2：在工作频段200mhz～8000mhz内，设置测向带宽[fmin,fmax]、以步长fstep，对每一频点，设置校准源输出频率，遍历测向带宽；进一步控制开关14使校正源信号通过功分器，一分为二路，一路通过射频开关15～19输出至射频端口rf1，即为振子t0所通过的射频路径，另一路通过射频开关5、开关8，开关10～13输出射频端口rf2，即振子t9所通过的射频路径；测向主机接收通过rf1、rf2的信号，计算两通道的相位[pn0,pn9]，进一步计算出相位差δp0,即δp0是振子t0相对振子t9所通过路径的相位差，
[0039]
因此就有，δpn0＝pn0-pn9＝(pn0+δpn9)-(pn9-δpn9),其中(pn9-δpn9)为步骤1振子t9补偿后的相位作为参考，那么进一步计算出
[0040]
δpn0＝(pn0+δpn9)-(pn9-δpn9)＝＞
[0041]
(pn9-δpn9)＝(pn0+δpn9)-δpn0
[0042]
＝pn0+δpn9-δpn0
[0043]
由上公式推算出振子t0所通过的路径相位补偿后的相位为pn0+δpn9-δpn0,最后获得振子t0～t9实时相位补偿为[(δpn0-δpn9),δpn1,δpn2,δpn3...,δpn9]保存至相位补偿文件中，此文件表示本次测向的实时相位校准值。
[0044]
测向时获取空中信号相位：关闭校准源，采集空中信号，测向主机控制天线开关阵
使全向振子t0通过射频开关15～19至rf1射频端口输出，同时切换射频开关1～13，使振子t1～t9依次通过射频通道rf2端口输出，将所述空中信号进行fft变换后再进行相位测量，得到待测信号所通过各射频通道的相位；计算所述待测信号相位与所述校准相位的相位差；将所述相位差与预设的相位样本进行相关运算，以确定实际信号来波方向。
[0045]
本发明所述测向系统在使用之前，必须先进行样本采集，只有有了样本，测向结果才是正确可信的，样本采集生成相位样本，保存在相位样本文件中，实际测向时将实时测量的结果与样本文件进行相关运算，得出最佳可能的方位作为来波方向。
[0046]
需要说明的是，相位干涉仪测向的传统方法是采用事先校准的办法，但是元器件、电缆随天气环境因素，导致在实际测试过程中，测向精度不可靠或跳动。
[0047]
本发明中双通道测向系统的接收机由共参考的双信道接收单元和校准源组成，共参考保证了两个通道接收单元的相位基本一致，通过校准源的实时加入，确保了测向时刻双信道接收通路的相位误差得到及时校准。
[0048]
本发明是针对基于九圆天线阵来做相位补偿，本发明为了简化天线开关设计的难道，走线方便，在进行测向系统相位计算过程中分两步进行，分别是：第一，校正源信号通过开关16、开关15通过全向振子t0发射信号，振子t1～t9通过射频开关依次切换至通道rf2输出，计算出相位数据，进一步计算出相位补偿值；第二，校正源信号通过功分器分别进入射频开关5、开关8、开关10～13输出至rf2，进入射频开关15～19输出至rf1，计算出相位数据，以rf2通道的相位补偿后的值作为参考值，进一步计算出振子t0相位补偿值。
[0049]
进一步地，所述相位干涉仪测向系统包括：测向主机和测向天线阵，所述测向主机与所述测向天线阵连接。进一步地，所述测向天线阵包括：天线开关阵、天线极化选择匹配电路、天线阵元，所述天线开关阵通过所述天线极化选择匹配电路与所述天线阵元连接。进一步地，所述天线开关阵包括：射频rf开关、滤波器、功率放大器及功分器。进一步地，所述天线阵元包括：1个全向天线振子和9个方向性振子。进一步地，所述测向主机包括双通道接收机和测向信号处理器，所述双通道接收机与所述测向信号处理器连接。请参阅图3和4，所述相位干涉仪测向系统由测向主机和测向天线阵组成，其中测向天线阵由天线开关阵、天线极化选择匹配电路、天线阵元三部分组成。天线阵元，用于接收空中无线电电磁波,其中，所述天线阵元中振子t0的匹配电路设计在天线开关阵中，振子to直接通过sma射频头与天线开关阵列连接，其目的在于忽略振子t0的相位影响；天线极化选择匹配电路，用于天线的极化选择及阻抗匹配输出50欧；天线开关阵，由射频rf开关、滤波器、功率放大器及功分器组成组成，功能按相位干涉仪测向算法和测向天线阵自检算法需求将振子分配到两个接收通道。
[0050]
进一步地，具体包括以下步骤：
[0051]
步骤1：设置校准源和接收机的频率范围、步长，设置校准源通过参考振子发射；依次切换采样振子，计算各振子、各频点的相位，并保存数据；计算9个振子相位差并保存；
[0052]
步骤2：将校准源信号通过功分器同时从开关通道送入接收机rf1端口，另一路按对称通道送入接收机rf2端口；启动数据采集，计算信道相位差并保存；
[0053]
步骤3：进一步进行相位数据处理，计算出相位补偿参数。
[0054]
请参阅图5所示，本实施例所述天线阵包括1个全向天线振子t0和9个方向性振子t1～t9，每个振子分别配有带极化选择的匹配板,其中t0振子的匹配电路集成于天线开关
阵列板上，从图由外到内分为二层；第一层为圆形天线阵，由多个双极化方向性天线阵元组成，双极化方向性天线阵元排列在一个圆周上,各双极化方向天线阵元通过极化选择输出匹配板与多选一天线开关连接；第二层为双极化全向天线振子，全向天线振子直接通过sma头与天线开关阵列板相连，以减少振子t0射频电缆对无线电信号相位的影响。
[0055]
本发明还提供一种相位干涉仪测向系统相位补偿系统，所述相位干涉仪测向系统相位补偿系统用于执行如以上所述的方法。
[0056]
本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：程序，所述程序用于执行如以上所述的方法。
[0057]
进一步地，所述电子设备包括：处理器和存储器，所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行。
[0058]
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

技术特征：
1.一种相位干涉仪测向系统相位补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：开启校准源，采集校准信号，将所述校准信号进行fft变换后再进行相位测量，得到校准相位；关闭校准源，采集空中信号，将所述空中信号进行fft变换后再进行相位测量，得到实际信号相位；计算所述实际信号相位与所述校准相位的相位差；将所述相位差与预设的相位样本进行相关运算，以确定实际信号来波方向。2.根据权利要求1所述的相位干涉仪测向系统相位补偿方法，其特征在于：所述相位干涉仪测向系统包括：测向主机和测向天线阵，所述测向主机与所述测向天线阵连接。3.根据权利要求2述的相位干涉仪测向系统相位补偿方法，其特征在于：所述测向天线阵包括：天线开关阵、天线极化选择匹配电路、天线阵元，所述天线开关阵通过所述天线极化选择匹配电路与所述天线阵元连接。4.根据权利要求3述的相位干涉仪测向系统相位补偿方法，其特征在于：所述天线开关阵包括：射频rf开关、滤波器、功率放大器及功分器。5.根据权利要求4述的相位干涉仪测向系统相位补偿方法，其特征在于：所述天线阵元包括：1个全向天线振子和9个方向性振子。6.根据权利要求2述的相位干涉仪测向系统相位补偿方法，其特征在于：所述测向主机包括双通道接收机和测向信号处理器，所述双通道接收机与所述测向信号处理器连接。7.根据权利要求5所述的相位干涉仪测向系统相位补偿方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1：设置校准源和接收机的频率范围、步长，设置校准源通过参考振子发射；依次切换采样振子，计算各振子、各频点的相位，并保存数据；计算9个振子相位差并保存；步骤2：将校准源信号通过功分器同时从开关通道送入接收机rf1端口，另一路按对称通道送入接收机rf2端口；启动数据采集，计算信道相位差并保存；步骤3：进一步进行相位数据处理，计算出相位补偿参数。8.一种相位干涉仪测向系统相位补偿系统，其特征在于：所述相位干涉仪测向系统相位补偿系统用于执行如权利要求1-7任一项所述的方法。9.一种电子设备，其特征在于：包括：程序，所述程序用于执行如权利要求1-7任一项所述的方法。10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于：包括：处理器和存储器，所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行。

技术总结
本发明涉及无线电监测测向技术领域，尤指一种相位干涉仪测向系统相位补偿方法及系统、电子设备，包括以下步骤：开启校准源，采集校准信号，将所述校准信号进行FFT变换后再进行相位测量，得到校准相位；关闭校准源，采集空中信号，将所述空中信号进行FFT变换后再进行相位测量，得到实际信号相位；计算所述实际信号相位与所述校准相位的相位差；将所述相位差与预设的相位样本进行相关运算，以确定实际信号来波方向。本发明可以解决现有相位干涉仪的测向系统相位补偿过程中因元器件、电缆随天气环境因素，相频特性不稳性的问题；另外补偿相位的获取不需借助外部仪器设备，操作方便，提高了作业效率。作业效率。作业效率。


技术研发人员：张海涛
受保护的技术使用者：广州辰创科技发展有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/8/4