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一种相关干涉仪测向算法的快速实现

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干涉仪测向原理、方法与应用

干涉仪测向原理、方法与应用

干涉仪测向原理、方法与应用
干涉仪测向，是一种用于测量振动方向特性的特殊仪器，其原理是通过观察两个或更多具有不同振动方向的振动源之间的振动互相移动的情况，以便确定测量的振动方向的特性。

它是针对特定的测量对象，来测量特定频率的振动方向，可以更准确的说明物体的动态变化情况。

干涉仪的测量方法主要是双源测向（DirectionalMethod），假设有两源的振动，两个振动源的信号应该有差异，比如一个在水平面上振动，另一个在垂直面上振动，双源测向应用两个振动源监测方向特性，以振动信号来检测。

首先把这两个源靠近在一起，然后使用双源测向仪器从两个振动源采集数据，最后计算两个振动源之间的相位差来测量振动方向特性，也可以画出测量振动的方向图。

干涉仪测向可以应用于多个行业，是一种重要的检测测量仪器。

在机械行业，干涉仪测向可以用于检测轴承、齿轮和螺旋轮等零件的转动情况，确定振动方向，进而帮助判断发动机或液压系统等机械系统振动方向特性；在航空航天及防空防御行业，它用于测量发动机振动特性，以确定发动机性能指标的方向变化；在固体冲击行业，干涉仪测向可以用于测量核爆炸、战地炮弹爆炸产生的空气压力波振动方向特性，其结果反映了爆炸着陆的实际效果；在音乐音响领域，双源测向测量扩声器在特定空间中的声音方向特性；还有在电力行业，干涉仪测向用于检测电力变压器线圈变压情况，确定变压器是否存在振动，从而确保电力系统的安全。

干涉仪测向是一种能够测量振动方向特性的特殊仪器，可以根据双源测向方法来进行测量，它的原理主要是通过观察两个振动源之间的振动情况来判断振动方向特性，有着广泛的应用范围，对各行各业多个行业有重要意义与价值。

一种三基线相位干涉仪测向天线阵设计与测向算法的工程实现

一种三基线相位干涉仪测向天线阵设计与测向算法的工程实现
１ ２
∈ 万 一 ） 而 鉴 相 器 实 际得 到 的 结 果 为 ｌ ， ［ ，万 ， ２ ’ 就不能确 定，
由于 Ｎ 值 未 知 ， 因 而 真 实 的
这 就 出 现 了模 糊 （ 值 性 ） 问题 。对 于 高 频 段 多 的 高 端 ，波 长 对 短 基 线 物 理 实 现 的 限 制 更 加 突 出 。 南 丁基 线 太 短 ＿ 法 物 理 实 现 ， 凶此 又 必 须 二 尢
＝
１ 。（ ． ｓ ，最 大 相 位 误 差 按 两 倍 均 方 误 差 ０ ｒ ｍ．）
计 算 ， △ ＝ （． ．）＝２ 。 ２△ ｒ１Ｓ １ ３ ０ ，而对 于 虚 拟 基 线 ， 则 应 再 加 倍 考 虑 这 个 相 位 误 差 。 在 Ｏ４ Ｈｚ～ ２ ．Ｇ ＧＨｚ 频 段 内 ， 测 向 精 度 Ａ ０＝１ 。 （． ｓ ｒｍ．）；在 ２ ＧＨｚ ６ ＧＨｚ频 段 内 ，测 向精 度
就 不能确定 ，
２ 天 线 选 型 与 频 段 划 分
干 涉 仪 测 向天 线 阵 要 求 天 线 单 元 的 相 位 一
由 于 Ｎ 值 未 知 ， 因 而 真 实 的
这 就 出现 了模 糊 （ 值 性 ） 问题 。对 于 高 频 段 多 的 高 端 ，波 长 对 短 基 线物 理 实 现 的 限制 更 加 突
对 于 ０４ ｚ ～ １ Ｇ ，如 果 仅 用 一组 天 ．ＧＨ ２ Ｈｚ
灵 敏 度 高 、实 时性 好 、天 线 布 阵较 为 灵 活 等 特
点 ， 在 无 线 电监 测 领 域 得 到 广 泛 应 用 。然 而 ，
线 阵覆 盖 ， 大 动 态 范 围对 系 统 的 物 理 实现 来 说
的 相 位 差 ，这 个 短 基 线 的等 效 尺 寸 可 以小 于 宽

相关干涉仪测向原理及实现

相关干涉仪测向原理及实现

干涉仪 算法简单 高效 ， 基于Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的 实现方案具有处理速度快 ， 系统集成度 高等特点。
关键词 ： 相 关 干 涉仪 ； Ｆ Ｐ Ｇ Ａ； 测 向
１概 述
干涉仪测 向是不同方向来的 电波到达测 向天线阵时 ， 各天 线单元接收到 的信 号相位不 同， 相互间 的相 位差也不 同 ， 通 过 测定来波 的相位 ， 就可 以确定来波的方向。由于受天线 阵缘互耦 ， 天 线 阵载体的影 响， 入射波 的幅度 和相位会产生失 真 ， 从 而导致测 向 误差 ， 相关 干涉仪测 向法通过 比较获取 的入射 波相位分 布和已知各 频率各方位的相位分布来获得来波方 向， 弱化 了天线 阵带来 的不 利 影响 。 ２相 关干涉仪测 向原理 传统干涉仪测 向是一天线阵元获取来波相位为基础 ， 虽 然天线 阵元互耦 ，天线支架或天线正在提等因素会使人射波相位失真 ， 产 生侧 向误 差 ， 但是当天线 阵结 构相对固定时 ， 这些不利 因素产生 的 相位失真也相对稳定。相关干涉仪测 向， 可在存在这些不利 因素的 前提下 ， 削弱他们带来 的影 响， 提高测 向精度 。 相关干涉仪测 向采用相关处理方法进行测 向， 即在 天线 阵一 定 的条件 下 ，事先测量 出各频率按照方位顺 序排列 的来 波相位差 分 布， 建立 相关 表 ， 对未知方向的信号 ， 根据测得 的频 率和相位 差在相 关表 中进行匹配 ， 匹配方法 为计算实测相位差数值 与相关表 中各 相 位差数值 之差 ， 并求其余 弦值 ， 对 于多基线测 向系统 时的多个相 位 差， 将各余 弦值累加求 和。 与实测相位差最接近的相关表值 ， 经过匹 配运算后结果最接近于余弦函数最 大值 。 匹配度最高 的相位差对应 的方位 即为信号的入射方向 ， 由此得到测向结果 。 我们将按一定频率间隔 、 方 位间隔采 集到所有 天线上的相位差 制成相关表 ， 供测 向时同来 波信 号的相位 差进 行相关处理。当频率 间隔 ， 方位间隔越 小时 ， 测 向精度也越高 ， 存放 相关 表所需的空间也 越大 ， 利用 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的大量逻辑 资源和外部存储 器可实现高精 度的侧

一种稳健的平行基线相关干涉仪测向方法

一种稳健的平行基线相关干涉仪测向方法
ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ ｗｅ ａ ｋｅ ｎ ｔ ｈｅ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｆ ｍｕ ｔ ｕａ ｌ ｃ ｏ ｕｐｌ ｉ ｎｇ ａ ｎｄ ｍ ｕｌ ｔ ｉ ｐ ａ ｔ ｈ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ． Ｔｈｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｄｅ ｍｏ ｎｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｏｐ ｏｓ ｅ ｄ ａ ｌ ｇ ｏｒ ｉ ｔ ｈｍ ｃ ａ ｎ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｒ ｏｖ ｅ ｔ ｈｅ ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ — ｆ ｉ ｎ ｄｉ ｎｇ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎ ．
（ 电子 科 技 大 学 电 子 工程 学 院 ，四川 成 都 ６ １ １ ７ ３ １ ）
摘 要 ： 针 对 传 统 平 行 基 线 相 关 干 涉仪 在 实 际测 向 中精 度 易 受 系统 误 差 影 响 的 问题 ， 提 出 了一 种 稳 健
的 平 行 基 线 相 关 干 涉 仪 测 向 方 法 。该 方 法通 过 增 加 平 行 基 线 组 合 数 和 引入 索 引 扩 展 ， 减 小 系统 误 差 对 测 向 精度 的不利影响 ， 并 采 用 实测 样 本 进 行 相 关 来弱 化 互耦 、 多 径 效 应 等 因素 的影 响 。 仿 真 结 果 验 证 了 改 进 算
ＧＵＩ Ｘｉ ｎ — ｔ ａ ｏ．Ｃ Ｈ ＥＮ Ｇ Ｆ ｉ ｎ ｇ Ｐ Ｕ Ｇａ ｎ ｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｊ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｊ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ，Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ １ ７ ３ １ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）

基于DSP的相关干涉仪测向快速实现方法

基于DSP的相关干涉仪测向快速实现方法

基于DSP的相关干涉仪测向快速实现方法钱志柏;陈娜【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2011(041)008【摘要】The correlation interferometer algorithm is widely applied to practice. Using parallelpipeline programming and DMA of synchronization interface based on DSP, the processing speed can be improved. Above all, the technical characteristics of this algorithm%相关干涉仪测向技术在工程中应用很广泛，但是庞大的计算量严重影响了测向响应时间。

利用数字信号处理器（DSP）的并行流水编程技术和同步接口的直接存储器访问技术（DMA）可以较好的解决处理速度问题。

介绍了基于汇编语言的并行流水编程和同步接口DMA两种关键技术，从相关度计算的并行流水编程和DMA方式导入样本相位差两方面论述了快速实现方法的步骤，对该方案的处理速度进行了分析。

【总页数】4页(P47-50)【作者】钱志柏;陈娜【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081;石家庄铁道大学,河北石家庄050043【正文语种】中文【中图分类】TN722【相关文献】1.基于遗传算法的相关干涉仪测向方法 [J], 杨卓2.基于遗传算法的相关干涉仪测向方法 [J], 杨卓3.基于多级相关处理的相关干涉仪快速测向方法 [J], 郭东亮4.基于RBF神经网络的相关干涉仪测向方法 [J], 赵雷鸣5.一种基于干涉仪布阵的方位俯仰相关测向方法 [J], 唐勇;马坤涛;王浩丞;谢成城因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

最新-相位干涉仪测向算法及其在TMS320C672019上的实现 精品

最新-相位干涉仪测向算法及其在TMS320C672019上的实现 精品

相位干涉仪测向算法及其在TMS320C6711上的实现摘要对实施被动无源测向定位的主要工具之一的相位干涉仪进行了较为详细和系统的研究，给出了一维相位干涉仪的基本关系式，分析了五通道相位干涉仪测向定位算法及其性能指标?熏对解相位模糊问题进行了探讨。

最后，在高速浮点数字信号处理器3206711系统上实现了五通道相位干涉仪测向定位算法，达到了性能指标及实时实现。

关键词相位干涉仪测向定位相位模糊定位误差实时处理相位干涉仪测向技术广泛应用于天文、雷达、声纳等领域。

将干涉仪原理用于无线电测向始于上世纪五十年代和六十年代，随着数字信号处理器的出现，通过数字信号处理器来实现高精度实时测向成为可能。

本文在对一维和二维相位干涉仪进行研究的基础上给出了五通道相位干涉仪的基本关系式，分析了测向精度，并对解相位模糊问题和信道校正问题进行了探讨。

采用多基线五元圆形天线阵列为模型，由天线阵列接收到的信号求解出五元天线阵列的互相关信号，并由此提取测向所需的方位信息。

本文以五通道相位干涉仪硬件实现为目标，采用高速浮点数字信号处理芯片ＴＭＳ３２０Ｃ６７１１进行测向处理。

范文先生网收集整理１相位干涉仪测向原理１．１一维相位干涉仪测向原理图１所示为一个最简单的一维双阵元干涉仪模型。

图中,间隔为ｄｄ称为基线的两根天线Ａ１和Ａ２所接收的远场辐射信号之φ＝４πｄ／λｃｏｓθ１式１中，λ为接收电磁波的波长。

因此，只要测量出φ，就能算出辐射源的到达方向θθ＝ａｒｃｃｏｓφλ／４πｄ２１．２测向误差的分析在实际系统中，两根天线Ａ１和Ａ２接收的信号为ｘｉｔ＝ｓｔｅｘｐ[－１ｊｊ２πλｃｏｓθ]＋ｎｉｔ,ｉ＝１,２３其中,ｎｉ代表对应阵元ｉ接收的噪声，两阵元的噪声统计相互独立，且与信号统计独立。

两个阵元接收信号的互相关为ｒ＝Ｅ{ｘ１ｔｘ２*ｔ}＝Ｐｓｅｘｐｊ４πλｃｏｓθ４式中，Ｅ代表数学期望运算，*代表复共轭运算，Ｐｓ代表信号功率，相关以后噪声得到抑制。

单通道相关干涉仪测向系统的快速实现


苟晓鸣 等
对于不同频率和角度的入射信号，两个天线单元之间接收到的信号的相位差是唯一确定的。通过测量记 录天线单元接收的信号的相位差，与数据库进行匹配，即可确定入射方向。 对于 N 个天线单元构成的天线来说，天线单元接收信号的相位差的自由度为 ( N − 1) ，即如果记天线 单元 1 为参考天线单元，天线单元 2,3, , N 共 ( N − 1) 个天线单元接收到的信号与参考天线单元接收到的 信号的 ( N − 1) 个相位差分别记为 γ 2 , γ 3 , , γ N ，那么任意两个天线单元接收到的信号的相位差都可以用这 例如天线单元 2 和 3 之间的相位差为 γ 2 − γ 3 。 以上说明， γ 2 , γ 3 , , γ N ( N − 1) 个相位差的线性组合来表示， 蕴含了全部信息量。 按照信道模块的个数划分，相关干涉仪测向系统可以分为单通道系统和多通道系统。多通道系统中 含有多个信道模块，可以同时对多个天线单元接收到的信号进行测量。成本最为昂贵的系统是为每一个 天线单元都配置了信道模块，可以一次性测量 γ 2 , γ 3 , , γ N 。由于多个接收通道之间存在随机误差，还需 要添加校准源模块。全通道系统的系统框图如图 2 所示。 为了降低成本，多通道系统中更为常见的是双通道系统，一个接收通道接入参考单元，另一个接收 通道通过电子开关依次接入天线单元 2,3, , N ， 利用 ( N − 1) 个时隙的 IQ 数据计算出相位差 γ 2 , γ 3 , , γ N ， 其系统框图如图 3 所示。 成本最低的是单通道相关干涉仪测向系统，只包含有一个接收通道，而且无需配备校准源。经典单 通道相关干涉仪测向系统[8] [9]的系统框图如图 4 所示。 第一个天线单元作为参考天线单元， 其余 ( N − 1) 个天线单元作为选通天线单元顺次接入到天线选择开关，然后在接入移相器选择开关，顺次进行 0 度/90 度/180 度/270 度移相。移相后的信号将与参考天线单元的信号混合，并进入接收机进行接收、数字化后 进行信号处理模块。 完成一次测向总共需要进行 ( N − 1) 次天线选择开关切换和 4 次移相器选择开关切换， 总共需要 ( 4 N − 4 ) 个时隙的 IQ 数据。 对于每一对参考天线单元和选通天线单元，0 度/90 度/180 度/270 度移相、混合后的信号功率分别记 作 E1 , E2 , E3 , E4 ，按照矢量合成的原理，它们满足如下关系：

基于机载平台的干涉仪测向技术


实验与分析
04
选择开阔的室外场地，以确保无障碍物阻挡信号传播，同时避免多径效应和电磁干扰。
实验场景
使用高精度的干涉仪测向设备，包括发射机和接收机，确保设备性能稳定且精度高。
设备介绍
在实验场景中，将发射机放置在已知位置，调整其发射信号的方向；然后使用接收机在一定范围内扫描空间，记录接收到的信号强度和相位信息。
精度与稳定性
提高测向精度和稳定性是另一个关键技术问题。可以通过优化算法、改进硬件设计和加强校准等方法来实现。
数据传输与处理速度
在实时测向应用中，数据传输与处理速度至关重要。采用高速数据传输技术和高效的数据处理算法可以提高系统的响应速度和实时性。
系统集成与测试
在机载平台上集成干涉仪测向系统需要进行严格的测试和验证，以确保系统在各种环境和条件下能够稳定可靠地工作。这包括系统集成、测试方案设计、测试实施和结果分析等方面的工作。
平台稳定性
机载平台应具备良好的机动性，以便快速响应并到达指定区域进行测向任务。
平台机动性
根据干涉仪测向系统的规模和需求，合理选择机载平台的容量，包括载荷、体积和重量等参数。
平台容量
测向天线阵列：在机载平台上安装多个测向天线，组成阵列以实现多通道信号接收。
Байду номын сангаас
抗干扰能力
在复杂电磁环境下，提高系统的抗干扰能力是关键技术之一。可以采用信号处理算法、天线技术和电磁屏蔽等手段来降低干扰影响。
谢谢您的观看
THANKS
应用实例
在军事领域，基于机载平台的干涉仪测向技术可用于定位敌方通信和雷达设施，提高打击精度。在民用领域，可用于气象观测、地质勘查、森林防火等领域，提高相关工作的效率和准确性。
技术发展趋势

基于遗传算法的相关干涉仪测向方法

第36卷第6期2016年12月弹箭与制导学报Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance Vol. 36 No. 6Dec 2016DOI ： 10.15892/j. cnki. djzdxb. 2016.06.039基于遗传算法的相关干涉仪测向方法杨卓(中国电子科技集团公司第36研究所，浙江嘉兴314033)摘要:相关干涉仪体制可以获得未知辐射源电磁波的相位信息，借助相关算法解算出波达角，在工程上得到了广泛应用。

但天线相位往往会受平台影响发生畸变，并导致测向偏差。

文中基于干涉仪体制，采用遗传算法对测向系统的基线和权值进行了优化。

结合典型实例，比较分析了优化前后测向误差的变化。

证明该方法能够显著改善测向精度，提出的方法对机载测向具有实用意义。

关键词:相关干涉仪;测向;遗传算法中图分类号:TN971. +4文献标志码:ADirection Finding Method of Correlative Interferometer Based onGenetic AlgorithmYANG Zhuo(N o. 36 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Zhejiang Jiaxing 314033, China)A bstra ct ：Correlative interferometer could obtain unknown radiation source electromagnetic wave phase inform ation, to calculate the arrival angle w ith the releveint algorithm, which had been widely used in engineering. However, the phase of the antenna was often distorted by platform im pact, which leaded to the deviation of direction finding. Based on the interferometer system, the genetic algorithm was used to optimize the baseline and weight of the direction finding system. Combined w ith typical examples, the change of direction finding error be­fore and after optim ization was analyzed and compared. It was proved that this method could improve the direction finding precision, and the proposed method had practical significance fore airborne direction finding.K eyw ords：correlative interferom eter；direction fin d in g；genetic algorithm〇引言干涉仪测向作为无源侦察定位的一项关键技术，因其测向灵敏度高、精度高和速度快的特点在军事和 民用领域都有着重要而广泛的应用。

相关干涉仪测向原理及实现

相关干涉仪测向原理及实现引言干涉仪在科学研究领域有着广泛的应用，其中之一便是干涉测向技术。

相关干涉仪作为一种精确的测向工具，可以用于确定无线信号的方向和位置。

本文将介绍相关干涉仪的测向原理以及实现方式。

一、相关干涉仪的测向原理相关干涉仪的测向原理基于干涉现象，通过测量信号的相位差来确定信号源的方向。

其工作过程可以分为以下几个步骤：1. 信号接收：干涉仪通过天线接收到来自信号源的无线信号。

天线通常采用阵列天线结构，通过将多个天线组合在一起，可以提高信号接收的灵敏度和方向性。

2. 信号分配：接收到的信号被分配到多个通道上，每个通道连接一个接收器。

通常情况下，会使用相同类型和参数的接收器，并保证它们的性能相一致。

3. 快拍数据记录：接收到的信号在每个通道上以高速率进行采样。

这些数据称为快拍数据，包含信号的幅度和相位信息。

快拍数据记录的时间足够短，以保证在采样期间信号的相位关系保持不变。

4. 数据传输和处理：快拍数据通过高速数据总线传输到信号处理系统中。

数据传输通常采用并行方式，以保证高速率的数据传输。

在信号处理系统中，进行相关运算以计算信号的相位差。

5. 相位差计算：通过对快拍数据进行相关运算，可以确定信号的相位差。

相关运算是一种将两个信号进行相乘并累加的计算方法，可以提取出信号的相位信息。

6. 测向计算：通过相位差的计算结果，可以确定信号源的方向。

测向计算通常使用三角几何方法，结合接收阵列的几何参数，可以计算信号源的方位和仰角。

二、相关干涉仪的实现相关干涉仪的实现需要考虑多个方面的因素，包括硬件设计和软件开发。

下面分别介绍相关干涉仪的硬件和软件实现。

1. 硬件实现硬件实现包括天线设计、信号接收和数据传输等方面。

a. 天线设计：天线设计是相关干涉仪的重要组成部分。

天线应具有良好的方向性和信号接收特性。

常见的天线设计包括线性阵列天线和圆阵列天线。

b. 信号接收：信号接收器通常采用射频前端和模数转换器。

射频前端负责将接收到的信号放大和滤波，模数转换器将模拟信号转换为数字信号。

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T
,i ∈
(3)
对该频率未知信号测向时，先按照采集样本的规则采集未知信号，得到其相位差
ˆ = [ϕ1 , ϕ2 , , ϕ M ] ϕ
T
(4)
将该相位差与样本库中的样本进行相关运算处理得到相关系数
ρi =
式中： ( ⋅) 表示共轭转置， ⋅ 表示 2-范数。
H
ˆ ϕ iHϕ ˆ ϕi ⋅ ϕ
(5)
ρi 的最大值的索引 i 对应的是测得的角度。
从式(5)中可以看到，如果样本库中的相位差和测量的相位差都已进行了归一化处理，那么单次相关 运算就是两个 M 维矢量的内积运算，单个信号测向需要进行 N 次相关运算。当需要进行测向的信号较多 的时候，运算量会变得很大，因此，有必要对单个信号测向的运算量进行优化。
ϕ11 ϕ12 ϕ1N ϕ ϕ22 ϕ2 N 21 = Φ = ϕ M 1 ϕ M 2 ϕ MN
[ϕ1 , ϕ 2 , , ϕ N ]
(1)
DOI: 10.12677/hjwc.2018.81002合为
=
式中： 表示整数集。
{i |1 ≤ i ≤ N , i ∈ }
(2)
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
ϕi =
式中： ( ⋅) 表示转置。
T
[ϕ1i , ϕ2i , , ϕMi ]
ˆ ′ 与 中所有角度的样本进行相关运算，并进行峰值搜索，得到测向结果； 6) 将 ϕ
7) 重复步骤 3)，继续进行测向。
3.3. 方法仿真
使用 MATLAB 生成仿真数据，再使用 VC++6.0 对传统实现方法、文献[6]提出的基线引导方法和本 文实现方法进行仿真比较。选择直径为 0.9 m 的 9 元均匀圆阵天线，选择 30 MHz、100 MHz 和 300 MHz 三个频率进行比较分析，分别在–20 dB~20 dB 信噪比下进行 1,000,000 次蒙特卡洛试验。 首先，为了验证本文方法推导的正确性，对本文方法测向结果与传统算法测向结果的一致性进行仿 真验证。记第 q 次蒙特卡洛试验中传统算法得到的角度索引为 iq1 ，本文方法得到的角度索引为 iq 2 ，使用 以下公式对两种方法的一致性进行计算。
文章引用: 蒋梦雄, 苟晓鸣, 李竞翔, 孙中森. 一种相关干涉仪测向算法的快速实现[J]. 无线通信, 2018, 8(1): 11-17. DOI: 10.12677/hjwc.2018.81002
蒋梦雄 等
统算法减小了相关计算所需时间，提高了测向效率。
关键词
测向，相关干涉仪，相关系数
Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
ˆ ,ϕi ) ρi = cos α (ϕ
ˆ ,ϕi ) ≤ π 。 式中： 0 ≤ α (ϕ
(6)
因此，可以将相关系数的比较转化为矢量夹角的比较。 若 ρi 取最大值时的角度索引为 imax ，对应的矢量夹角为
ˆ , ϕ imax ) α min = α (ϕ
ˆ ,ϕ ˆ ′) < π 2 α min + 2 × α (ϕ
(9)
无线通信
蒋梦雄 等
=
{k | ρk ≥ ρ th , k ∈ }
(10)
显然， imax ∈ ，故 不是空集。
假设存在 h ∈ , h ∉ ，则 ρ h < ρ th ，即
ˆ , ϕ h ) > α min + 2 × α (ϕ ˆ ,ϕ ˆ ′) α (ϕ
(11)
由此可以得到
摘
要
相关干涉仪是当前最常用的测向体制之一。传统相关干涉仪测向算法需要将测量的相位差与样本库中的 所有相位差进行相关运算，计算量较大，在需要对信号进行快速测向的场景下，测向效率有时难以令人 满意。针对此问题，本文提出一种相关干涉仪测向算法的快速实现方法，基于前后两次测量相位差之间 的相关系数，缩小样本库中可用样本的个数，可有效减少相关运算次数。仿真结果验证了该方法相比传
th th th
Abstract
As one of the most widely adopted direction-finding (DF) techniques, correlative interferometry (CI) suffers from its efficiency problem occasionally, especially when DF results are required in real time, since the original CI method is based on massive computation of vector correlations. Herein a fast implementation of the CI technique is proposed. Based on the correlation coefficient of the sequential measured phase errors, the implementation reduces the range of available samples and cuts the number of computation of correlations down. Simulations have demonstrated the efficacy of the proposed method over the original one.
Keywords
Direction-Finding, Correlative Interferometry, Correlation Coefficient
一种相关干涉仪测向算法的快速实现
蒋梦雄，苟晓鸣，李竞翔，孙中森
中国电波传播研究所，山东 青岛
收稿日期：2018年2月8日；录用日期：2018年2月20日；发布日期：2018年2月27日
所以可以得到
(13)
ˆ ′, ϕ h ) > α (ϕ ˆ ′, ϕ imax ) α (ϕ
(14)
ˆ ′ 与 ϕ imax 的相关系数，因此得出结论，在 Φ 中与 ϕ ˆ ′ 与 ϕ h 的相关系数小于 ϕ ˆ ′ 相关系数最大的角度 即ϕ ˆ ′ 进行测向时，只需要与 中所有角度索引的样本做相关运算和 索引必定是集合 的元素，所以在对 ϕ
峰值搜索即可。 如果不满足式(8)，说明采集的相位差与样本库中的样本的相关性很差，或者两次采集信号的相位差 相关性很差，这种情况下只能与样本库中所有的样本进行相关运算再进行峰值搜索。
3.2. 实现流程
根据上一节的推导分析，相关干涉仪快速实现方法的流程如下： • • • • • • •
ˆ 与样本库中所有角度的样本进行相关计算，得到 ρi ； 1) 首次进行测向，将采集的相位差矢量 ϕ
(7)
ˆ ′ 。首先计算 ϕ ˆ′ 与ϕ ˆ 之间的夹角 α (ϕ ˆ ,ϕ ˆ ′ ) ，如果满足公式 当再次进行测向时，测量得到的相位差矢量为 ϕ
(8)
则生成相关系数门限
ˆ ,ϕ ˆ ′) = ρ th cos α min + 2 × α (ϕ
由此可以产生一个角度索引子集
DOI: 10.12677/hjwc.2018.81002 13
3. 测向算法快速实现
考虑到相关干涉仪测向过程，就是在样本库中查找与测量相位差相关性最强的样本的过程，而在一 个稳定的环境中，对同一信号进行多次测量得到的相位差之间应当具有较高的相关系数，因此可以利用 原有的测向结果和相关曲线，对样本库中的使用样本进行限定，减少相关运算的次数。
3.1. 方法推导
ˆ 与矢量 ϕ i 的夹角 α (ϕ ˆ , ϕ i ) 的余弦，即 由式(5)可以发现，相关运算得到的相关系数 ρi 正是矢量 ϕ
ˆ ′, ϕ h ) ≥ α (ϕ ˆ , ϕ h ) − α (ϕ ˆ ,ϕ ˆ ′ ) > α min + 2 × α (ϕ ˆ ,ϕ ˆ ′ ) − α (ϕ ˆ ,ϕ ˆ ′ ) > α min + α (ϕ ˆ ,ϕ ˆ ′) α (ϕ
同时，又有
(12)
ˆ ′, ϕ imax ) ≤ α (ϕ ˆ , ϕ imax ) + α (ϕ ˆ ,ϕ ˆ ′) α (ϕ ˆ ,ϕ ˆ ′) ≤ α min + α (ϕ
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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。