一種單脈沖高精度測角系統(tǒng)及其測角方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種單脈沖高精度測角系統(tǒng)及其測角方法，屬于航管二次雷達領(lǐng)域。本發(fā)明方案利用同步PN碼對基帶數(shù)字信號進行解調(diào)，恢復(fù)出原始的有用信號，使噪聲、干擾信號被抑制；對恢復(fù)出的原始的有用信號進行幅度檢測；利用和、差通道的幅度進行相位判斷，解算出和、差幅度信息和相位判斷結(jié)果；根據(jù)解算出的和、差幅度信息和相位判斷結(jié)果獲取OBA值函數(shù)并進行目標方位計算。該發(fā)明能夠提高新型二次雷達系統(tǒng)的抗干擾能力，降低多徑效應(yīng)產(chǎn)生的影響，再通過應(yīng)用了OBA曲面函數(shù)方法、累加權(quán)重處理方法的改進型幅度單脈沖測角技術(shù)，進一步提高新型二次雷達系統(tǒng)的測角精度。
【專利說明】一種單脈沖高精度測角系統(tǒng)及其測角方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單脈沖高精度測角系統(tǒng)及其測角方法，特別是涉及一種適用于現(xiàn)代航空管制二次雷達領(lǐng)域的單脈沖高精度測角系統(tǒng)及其測角方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二次雷達系統(tǒng)是現(xiàn)代航空管制領(lǐng)域的重要手段之一，它極大增強航空指揮與控制的準確性和被控目標的協(xié)調(diào)性，提高了場面感知能力。隨著二次雷達系統(tǒng)應(yīng)用的不斷深入，實際監(jiān)視需求對目標的探測能力要求也越來越高，其中就高精度的側(cè)向性能提出更高的要求。從常規(guī)的滑窗測角技術(shù)到幅度單脈沖測角技術(shù)，甚至相位單脈沖技術(shù)，雖然能夠達到較精確的測向水平，但是在惡劣的電磁環(huán)境下，尤其是在目標應(yīng)答信號較弱或受到強烈干擾影響后，測向精度就會明顯降低甚至無法識別目標。
[0003]例如:如圖1所示的脈沖信號，常規(guī)的處理方法是可以相對準確的提取出脈沖所攜帶的代碼信息以及脈沖的幅度數(shù)據(jù)，從而使用常規(guī)單脈沖處理方法測量出目標具體方位。然而如圖2所示脈沖信號，已經(jīng)淹沒于噪聲或者干擾信號之中，常規(guī)處理方法無法將脈沖正確的處理出來，從而無法測量目標的角度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠在低信噪比的情況下，把淹沒在噪聲或者干擾信號中的目標數(shù)據(jù)提取出來的，單脈沖高精度測角系統(tǒng)及其測角方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種單脈沖高精度測角系統(tǒng)，其特征在于:包括分別與天線I相連的發(fā)射機2和接收機3，以及分別與發(fā)射機2和接收機3相連的信號處理器4，接收機3接收的應(yīng)答信號被天線I轉(zhuǎn)換成和通道和差通道兩路，分別通過模擬下變頻轉(zhuǎn)換為中頻模擬信號，又分別通過A/D轉(zhuǎn)換為中頻數(shù)字信號，兩路中頻數(shù)字信號又分別通過和通道DDC模塊51和差通道DDC模塊61，轉(zhuǎn)換為和通道基帶數(shù)字信號和差通道基帶數(shù)字信號；和通道DDC模塊51又通過和通道信號幅度檢測模塊52與和通道目標幅度提取模塊53相連；差通道DDC模塊61又通過差通道信號幅度檢測模塊62與差通道目標幅度提取模塊63相連；所述和通道信號幅度檢測模塊52和差通道信號幅度檢測模塊62均與相位判定模塊7相連。
[0006]作為優(yōu)選，還包括連接于和通道DDC模塊51和和通道信號幅度檢測模塊52之間的和通道調(diào)制解調(diào)器54，以及與其相連的本地PN碼產(chǎn)生器8。
[0007]作為優(yōu)選，還包括連接于差通道DDC模塊61和差通道信號幅度檢測模塊62之間的差通道調(diào)制解調(diào)器64 ;所述差通道調(diào)制解調(diào)器64與本地PN碼產(chǎn)生器8相連。
[0008]作為優(yōu)選，還包括與和通道DDC模塊51相連的同步頭檢測模塊9，以及與其相連的同步頭判決模塊10 ;所述同步頭判決模塊10又與和通道目標幅度提取模塊53相連。
[0009]基于上述測角系統(tǒng)的單脈沖高精度測角方法，其方法步驟為:步驟一，利用同步PN碼對基帶數(shù)字信號進行解調(diào)，恢復(fù)出原始的有用信號，使噪聲、干擾信號被抑制；步驟二、對恢復(fù)出的原始的有用信號進行幅度檢測；步驟三、利用和、差通道的幅度進行相位判斷，解算出和、差幅度信息和相位判斷結(jié)果；步驟四、根據(jù)解算出的和、差幅度信息和相位判斷結(jié)果獲取OBA值函數(shù)并進行目標方位計算。
[0010]作為優(yōu)選，所述方法步驟還包括在步驟二中對幅度進行累加求平均。
[0011]作為優(yōu)選，在步驟二中對幅度進行累加求平均運算時，使用數(shù)據(jù)同步標志。
[0012]作為優(yōu)選，所述步驟四中，采用曲面函數(shù)作為OBA值獲取的函數(shù)，具體方法為:在目標方位計算中引入距離因素，根據(jù)目標幅度與距離的關(guān)系圖，使用高斯擬合，從而獲取OBA值與目標距離、和幅度、差幅度的關(guān)系曲面，從而獲取單次信號在自由空間中的準確OBA 值。
[0013]作為優(yōu)選，所述步驟四中，采用多次應(yīng)答累加并且取權(quán)重的方法對目標的相對參考方向的角度進行測量，具體方法為:連續(xù)采集多個入射角度的脈沖數(shù)據(jù)，形成一組脈沖數(shù)據(jù)，對一組脈沖測量的角度取均值，計算出準確的方位，取均值處理時需要進行的處理包括:增加和、差幅度比值最大時的方位的權(quán)重。
[0014]作為優(yōu)選，所述步驟四中，取均值處理時需要進行的處理還包括:使用幅度門限曲面濾除異常幅度采樣，限制異常幅度數(shù)據(jù)。
[0015]一種單脈沖高精度測角方法，根據(jù)解算出的和、差幅度信息和相位判斷結(jié)果獲取OBA值函數(shù)并進行目標方位計算，其特征在于:采用曲面函數(shù)作為OBA值獲取的函數(shù)，具體方法為:在目標方 位計算中引入距離因素，根據(jù)目標幅度與距離的關(guān)系圖，使用高斯擬合，從而獲取OBA值與目標距離、和幅度、差幅度的關(guān)系曲面，從而獲取單次信號在自由空間中的準確OBA值。
[0016]作為優(yōu)選，采用多次應(yīng)答累加并且取權(quán)重的方法對目標的相對參考方向的角度進行測量，具體方法為:連續(xù)采集多個入射角度的脈沖數(shù)據(jù)，形成一組脈沖數(shù)據(jù)，對一組脈沖測量的角度取均值，計算出準確的方位，取均值處理時需要進行的處理包括:增加和、差幅度比值最大時的方位的權(quán)重。
[0017]作為優(yōu)選，所述方法還包括:進行目標幅度采樣時，使用幅度門限曲面濾除異常幅度采樣，限制異常幅度數(shù)據(jù)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:在惡劣電磁環(huán)境下，該發(fā)明可以有效的將有用信號從噪聲中提取出來，并且判斷出信號的幅度信息，為后續(xù)的測角提供極為有利的幫助。再通過應(yīng)用了 OBA曲面函數(shù)方法、累加權(quán)重處理方法的改進型幅度單脈沖測角技術(shù)，進一步提聞新型二次雷達系統(tǒng)的測角精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為常規(guī)狀態(tài)下的正常信號示意圖。
[0020]圖2為常規(guī)狀態(tài)下的被噪聲淹沒的信號示意圖。
[0021]圖3為二次雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
[0022]圖4為本發(fā)明其中一實施例的單脈沖高精度測角系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
[0023]圖5為圖4所述實施例的噪聲信號抑制效果圖。
[0024]圖6為本發(fā)明其中一實施例的單脈沖高精度測角方法的原理圖。
[0025]圖7為天線軸向的入射角度和天線方向特性關(guān)系圖。[0026]圖8為偏移方位與幅度比值關(guān)系圖。
[0027]圖9為現(xiàn)有技術(shù)實際數(shù)據(jù)經(jīng)過高斯擬合函數(shù)關(guān)系的OBA曲線圖。
[0028]圖10為一組實際的目標幅度與距離的關(guān)系圖。
[0029]圖11為本發(fā)明其中一實施例根據(jù)圖10高斯擬合獲取的距離函數(shù)關(guān)系的曲線圖。
[0030]圖12為本發(fā)明其中一實施例引進距離因素后的OBA函數(shù)曲面圖。
[0031]圖13為本發(fā)明其中一實施例采集多個入射角形成的一組脈沖數(shù)據(jù)圖。
[0032]圖14為中心位置權(quán)重取值為I時的目標測角效果圖。
[0033]圖15為本發(fā)明其中一實施例中心位置權(quán)重取值為5時的目標測角效果圖。
[0034]圖16為幅度采樣異常數(shù)據(jù)示意圖。
[0035]圖17為幅度門限濾除異常數(shù)據(jù)示意圖。
[0036]圖18為本發(fā)明其中一實施例幅度門限曲面示意圖。
【具體實施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0038]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或者具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0039]如圖3和圖4所示，一種單脈沖高精度測角系統(tǒng)，包括分別與天線I相連的發(fā)射機2和接收機3，以及分別與發(fā)射機2和接收機3相連的信號處理器4，接收機3接收的應(yīng)答信號被天線I轉(zhuǎn)換成和通道和差通道兩路，分別通過模擬下變頻轉(zhuǎn)換為中頻模擬信號，又分別通過A/D轉(zhuǎn)換為中頻數(shù)字信號，兩路中頻數(shù)字信號又分別通過和通道DDC模塊51和差通道DDC模塊61，轉(zhuǎn)換為和通道基帶數(shù)字信號和差通道基帶數(shù)字信號；和通道DDC模塊51又通過和通道信號幅度檢測模塊52與和通道目標幅度提取模塊53相連；差通道DDC模塊61又通過差通道信號幅度檢測模塊62與差通道目標幅度提取模塊63相連；所述和通道信號幅度檢測模塊52和差通道信號幅度檢測模塊62均與相位判定模塊7相連。
[0040]接收的應(yīng)答信號被天線轉(zhuǎn)換成和通道和差通道兩路，分別通過模擬下變頻方式轉(zhuǎn)換為中頻模擬信號。中頻模擬信號的頻率較低，可以通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。中頻數(shù)字信號然后通過DDC (數(shù)字下變頻)轉(zhuǎn)換為基帶數(shù)字信號。
[0041]還包括連接于和通道DDC模塊51和和通道信號幅度檢測模塊52之間的和通道調(diào)制解調(diào)器54，以及與其相連的本地PN碼產(chǎn)生器8。
[0042]還包括連接于差通道DDC模塊61和差通道信號幅度檢測模塊62之間的差通道調(diào)制解調(diào)器64 ;所述差通道調(diào)制解調(diào)器64與本地PN碼產(chǎn)生器8相連。
[0043]電磁波在空間傳輸過程中，會受到多徑衰落、噪聲干擾等，使接收到得信號變差；遠端應(yīng)答設(shè)備采用隨機序列(PN碼)對信號進行再調(diào)制，接收機利用相同的隨機序列(PN碼)對信號進行解調(diào)，恢復(fù)出原始的信號。由于干擾信號與隨機序列不相關(guān)而被抑制，其原理如圖5所示。
[0044]還包括與和通道DDC模塊51相連的同步頭檢測模塊9，以及與其相連的同步頭判決模塊10 ;所述同步頭判決模塊10又與和通道目標幅度提取模塊53相連。
[0045]和通道的基帶數(shù)字信號又被分成兩路，一路利用時域波形相似關(guān)系搜索同步頭(即時域相關(guān))，通過判斷同步頭的時間關(guān)系對有效信號進行識別并得到數(shù)據(jù)同步標志。該標志將用于確定最佳幅度提取時刻和同步PN碼產(chǎn)生器以進一步保證正確的恢復(fù)原始信號。
[0046]基于上述測角系統(tǒng)的單脈沖高精度測角方法，其方法步驟為:步驟一，利用同步PN碼對基帶數(shù)字信號進行解調(diào)，恢復(fù)出原始的有用信號，使噪聲、干擾信號被抑制；步驟二、對恢復(fù)出的原始的有用信號進行幅度檢測；步驟三、利用和、差通道的幅度進行相位判斷，解算出和、差幅度信息和相位判斷結(jié)果，以確定目標在天線法線方向上的空間位置；步驟四、根據(jù)解算出的和、差幅度信息和相位判斷結(jié)果獲取OBA值函數(shù)并進行目標方位計算。
[0047]所述方法步驟還包括在步驟二中對幅度進行累加求平均，進一步提高幅度的精度和降低樣本速率。
[0048]在步驟二中對幅度進行累加求平均運算時，使用數(shù)據(jù)同步標志，以保證累加過程在可信度較高的時間區(qū)間內(nèi)進行。
[0049]所述步驟四中，采用曲面函數(shù)作為OBA值獲取的函數(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的平面式OBA取值方法，具體方法為:在目標方位計算中引入距離因素，根據(jù)目標幅度與距離的關(guān)系圖，使用高斯擬合，從而獲取OBA值與目標距離、和幅度、差幅度的關(guān)系曲面，從而獲取單次信號在自由空間中的準確OBA值。
[0050]目標方位的計算公式如下:
目標方位(TA) =天線軸向方位(BA) +目標相對于天線法相的偏移方位(OBA)
天線法向方位(BA)可以根據(jù)天線的轉(zhuǎn)臺的方位碼盤獲取，碼盤最小分辨力可以達到360/214度，甚至更高。因此目標方位(TA)的準確性主要是取決于目標相對天線軸向的偏移方位(OBA)。
[0051]如圖7和圖8所示，目標應(yīng)答信號相對天線軸向的入射角度不同，根據(jù)天線方向特性，能夠獲取和幅度(Σ)、差幅度(Λ )比值與偏移方位(OBA)的關(guān)系曲線，即曲線0BA=f(Σ，Λ)。因為天線的方向特性與接收機的線性量度的固定的，所以曲線0BA=f (Σ，Λ)是可以預(yù)先得到的。這里根據(jù)實際數(shù)據(jù)，經(jīng)過高斯擬合，獲取函數(shù)關(guān)系式，函數(shù)關(guān)系式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種單脈沖高精度測角系統(tǒng)，其特征在于:包括分別與天線相連的發(fā)射機和接收機，以及分別與發(fā)射機和接收機相連的信號處理器，接收機接收的應(yīng)答信號被天線轉(zhuǎn)換成和通道和差通道兩路，分別通過模擬下變頻轉(zhuǎn)換為中頻模擬信號，又分別通過A/D轉(zhuǎn)換為中頻數(shù)字信號，兩路中頻數(shù)字信號又分別通過和通道DDC模塊和差通道DDC模塊，轉(zhuǎn)換為和通道基帶數(shù)字信號和差通道基帶數(shù)字信號；和通道DDC模塊又通過和通道信號幅度檢測模塊與和通道目標幅度提取模塊相連；差通道DDC模塊又通過差通道信號幅度檢測模塊與差通道目標幅度提取模塊相連；所述和通道信號幅度檢測模塊和差通道信號幅度檢測模塊均與相位判定模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測角系統(tǒng)，其特征在于:還包括連接于和通道DDC模塊和和通道信號幅度檢測模塊之間的和通道調(diào)制解調(diào)器，以及與其相連的本地PN碼產(chǎn)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測角系統(tǒng)，其特征在于:還包括連接于差通道DDC模塊和差通道信號幅度檢測模塊之間的差通道調(diào)制解調(diào)器；所述差通道調(diào)制解調(diào)器與本地PN碼產(chǎn)生器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測角系統(tǒng)，其特征在于:還包括與和通道DDC模塊相連的同步頭檢測模塊，以及與其相連的同步頭判決模塊；所述同步頭判決模塊又與和通道目標幅度提取模塊相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測角系統(tǒng)的單脈沖高精度測角方法，其方法步驟為:步驟一，利用同步PN碼對基帶數(shù)字信號進行解調(diào)，恢復(fù)出原始的有用信號，使噪聲、干擾信號被抑制；步驟二、對恢復(fù)出的原始的有用信號進行幅度檢測；步驟三、利用和、差通道的幅度進行相位判斷，解算出和、差幅度信息和相位判斷結(jié)果；步驟四、根據(jù)解算出的和、差幅度信息和相位判斷結(jié)果獲 取OBA值函數(shù)并進行目標方位計算。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測角方法，所述方法步驟還包括在步驟二中對幅度進行累加求平均。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測角方法，在步驟二中對幅度進行累加求平均運算時，使用數(shù)據(jù)同步標志。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測角方法，所述步驟四中，采用曲面函數(shù)作為OBA值獲取的函數(shù)，具體方法為:在目標方位計算中引入距離因素，根據(jù)目標幅度與距離的關(guān)系圖，使用高斯擬合，從而獲取OBA值與目標距離、和幅度、差幅度的關(guān)系曲面，從而獲取單次信號在自由空間中的準確OBA值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測角方法，所述步驟四中，采用多次應(yīng)答累加并且取權(quán)重的方法對目標的相對參考方向的角度進行測量，具體方法為:連續(xù)采集多個入射角度的脈沖數(shù)據(jù)，形成一組脈沖數(shù)據(jù)，對一組脈沖測量的角度取均值，計算出準確的方位，取均值處理時需要進行的處理包括:增加和、差幅度比值最大時的方位的權(quán)重。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測角方法，所述步驟四中，取均值處理時需要進行的處理還包括:使用幅度門限曲面濾除異常幅度采樣，限制異常幅度數(shù)據(jù)。
11.一種單脈沖高精度測角方法，根據(jù)解算出的和、差幅度信息和相位判斷結(jié)果獲取OBA值函數(shù)并進行目標方位計算，其特征在于:采用曲面函數(shù)作為OBA值獲取的函數(shù)，具體方法為:在目標方位計算中引入距離因素，根據(jù)目標幅度與距離的關(guān)系圖，使用高斯擬合，從而獲取OBA值與目標距離、和幅度、差幅度的關(guān)系曲面，從而獲取單次信號在自由空間中的準確OBA值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測角方法，采用多次應(yīng)答累加并且取權(quán)重的方法對目標的相對參考方向的角度進行測量，具體方法為:連續(xù)采集多個入射角度的脈沖數(shù)據(jù)，形成一組脈沖數(shù)據(jù)，對一組脈沖測量的角度取均值，計算出準確的方位，取均值處理時需要進行的處理包括:增加和、差幅度比值最大時的方位的權(quán)重。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的測角方法，所述方法還包括:進行目標幅度采樣時，使用幅度門限曲面濾除異常幅度采樣 ，限制異常幅度數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01S7/41GK103792532SQ201410053339
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】何川, 李宏, 李 榮, 李海軍 申請人:四川九洲空管科技有限責任公司