基于数据域的测向误差补偿方法与流程

本发明涉及一种测向误差补偿方法，属于阵列信号处理领域。

背景技术：

空间谱估计技术是近30年来发展起来的空域信号处理技术，对波达方向的估计是空间谱估计研究的主要课题之一。它是建立在严格的信号模型和复杂的谱估计理论上的一种测向体制，具有高精度、高分辨率、和抗多径干扰等优异性能。

阵列误差一直是超分辨测向技术走向实用化的一个瓶颈。阵列误差校正和补偿具有重要的理论意义和实用价值，是阵列信号处理工程化的关键技术之一。

实际测向系统中带来误差的主要因素有：阵元位置误差、阵元方向图误差、通道幅相不一致、互耦效应等。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种应用数据域补偿技术减小实际测向系统误差的方法，当一套测向系统装配完成后，测向系统误差为固定值，将信号方位信息测量值和真值进行比较得到系统的测量误差，利用测量误差通过曲线拟合的方法得到全部方位信息相对应的补偿数据；在实际测试中利用当前实测信号方位信息对应的补偿数据对当前实测结果进行补偿，并输出补偿后测试结果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)固定信号发射天线，将测向系统放在转台上，调整测向系统和转台的方位角度，使测向系统的设计零点位置与转台的零刻度位置对准，并对准信号发射天线，利用电机控制器控制转台的旋转角度；

(2)将测向系统接收到的射频信号经过模拟下变频和模数变换，得到数字中频信号，对数字中频信号进行带通滤波得到带内信号；

(3)计算得到信号的方位角度θ_max；

(4)固定转台角度不变，重复步骤(2)～(3)录若干帧数据，用最大似然估计法得到信号方位角的测量估计值θ_ave；

(5)旋转转台，重复步骤(2)～(4)，得到信号方位角测量估计序列θ_ave(n)，同时得到对应的转台方位角序列θ_std(n)；计算方位角度误差序列θ_error(n)＝θ_max(n)-θ_std(n)；

(6)令x(n)＝θ_max(n)，y(n)＝θ_error(n)，利用曲线拟合得到函数y＝f(x)，将x∈[0°～360°]的所有整数角度带入曲线，得到完整方位角度误差序列θ_err(x)；

(7)根据完整方位角度误差序列θ_err(x)，计算补偿后的输出方位角度θ_out(x)＝θ_max(x)-θ_err(x)，其中，θ_max(x)为当前时刻测得的信号方位角度。

本发明的有益效果是：有效克服了实际测向系统中由于阵元位置误差、幅相误差、阵元间互耦等造成的不可避免的误差，为高精度测向系统工程化提供了一种有效可行的方法。

附图说明

图1是基于数据域的测向误差补偿场景示意图；

图2是基于数据域的测向误差补偿原理框图；

图3是基于数据域的卫星导航干扰方位识别误差补偿系统组成结构图；

图4是基于数据域的测向误差补偿效果对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括以下步骤：

固定信号发射天线，将测向系统放在高精度转台上，调整测向系统和转台的方位角度，使测向系统的设计零点位置与转台的零刻度位置对准，并对准信号发射天线，利用高精度步进电机控制器控制转台的旋转角度。

测向系统接收到的射频信号经过模拟下变频模块得到中频模拟信号，中频模拟信号经过模数变换模块之后得到数字中频信号，对数字中频信号进行带通滤波得到带内信号。

实时测向模块计算得到信号的方位角度，并将信号方位角信息θ_max输出至误差数据处理模块。

当固定同一个转台角度时，波束的实时更新造成θ_max抖动，录m帧数据，用最大似然估计法得到信号方位角的测量估计值θ_ave。

通过转台旋转得到信号方位角测量估计序列θ_ave(n)，同时得到对应的转台方位角序列θ_std(n)；通过控制转台转动，收录每一个设定的测试点的测试数据。误差数据处理模块计算方位角度误差序列θ_error(n)＝θ_max(n)-θ_std(n)。

对x(n)＝θ_max(n)，y(n)＝θ_error(n)利用曲线拟合得到函数y＝f(x)，将x∈[0^°～360^°]的所有整数角度带入曲线得到完整方位角度误差序列θ_err(x)。

误差数据处理模块将完整方位角度误差序列θ_err(x)传输到实时测向模块。

实时测向模块将完整方位角度误差序列θ_err(x)存储。

实时测向模块读取完整方位角度误差序列θ_err(x)，计算补偿后的输出方位角度θ_out(x)＝θ_max(x)-θ_err(x)。

本实例为基于数据域的卫星导航干扰方位识别误差补偿系统，在实例中被用来测向的信号是针对GPS卫星信号的强压制式干扰信号，频带范围是1.57442GHz～1.57642GHz，干扰信号强度为60dB，天线阵元个数为4，该方法包括以下步骤：

步骤一：固定干扰发射天线，将干扰方位识别模块放在高精度转台上，调整干扰方位识别模块和转台的方位角度，使干扰方位识别模块的设计零点位置与转台的零刻度位置对准，并对准干扰发射天线。

步骤二：数据处理模块计算得到全空域的导向矢量，将导向矢量传输给干扰方位识别模块的FPGA的通信模块中，FPGA将导向矢量烧写到FLASH芯片中。

步骤三：干扰方位识别模块接收4路信号，每路信号包括GPS卫星信号、干扰信号和噪声，经过模拟下变频模块得到4路中心频率为46.52MHz的中频模拟信号，中频模拟信号经过模数变换模块以62MHz的本振频率对4路模拟中频信号进行采样之后得到4路中心频率为15.58MHz的数字中频信号。采用32阶滤波器对4路数字中频信号分别进行带通滤波。

步骤四：FPGA芯片计算协方差矩阵，并将其传给DSP芯片，DSP芯片对接收到的协方差矩阵求逆计算得到其逆矩阵。

步骤五：DSP芯片读取导向矢量，采用Capon算法计算得到谱峰矩阵，进行峰值搜索得到谱峰函数的极大值，其对应的位置即为干扰信号的方位角度，并将干扰方位角信息输出至数据处理模块。

步骤六：当固定同一个转台角度时，波束的实时更新造成θ_max抖动，录m＝10帧数据，用最大似然估计法得到信号方位角的测量估计值θ_ave。

步骤七：通过控制转台旋转得到离散的0°～360°范围内不完整的去抖动实测方位角度序列θ_std(n)，同时得到对应的转台方位角序列θ_std(n)；通过控制转台转动，对设定的每一个测试点进行步骤六，并收录测试数据。数据处理模块计算方位角度误差序列θ_error(n)＝θ_max(n)-θ_std(n)。

步骤八：数据处理模块对x(n)＝θ_max(n)、y(n)＝θ_error(n)利用平滑样条拟合方法曲线拟合得到函数y＝f(x)，将x∈[0°～360]°的所有整数角度带入曲线得到完整方位角度误差序列θ_err(x)；将方位角度误差序θ_err(x)通过RS232串行总线传输到干扰方位识别模块的FPGA的通信模块中，FPGA的通信模块将收到的数据存储到FLASH芯片中。

步骤九：DSP芯片读取FLASH芯片中的误差序列，计算补偿后的干扰方位识别角度并将其传给FPGA芯片，FPGA芯片通过RS232串行总线将补偿后的干扰方位识别角度传输到上位机显示模块。