本發(fā)明涉及一種測向誤差補償方法，屬于陣列信號處理領域。

背景技術：

空間譜估計技術是近30年來發(fā)展起來的空域信號處理技術，對波達方向的估計是空間譜估計研究的主要課題之一。它是建立在嚴格的信號模型和復雜的譜估計理論上的一種測向體制，具有高精度、高分辨率、和抗多徑干擾等優(yōu)異性能。

陣列誤差一直是超分辨測向技術走向實用化的一個瓶頸。陣列誤差校正和補償具有重要的理論意義和實用價值，是陣列信號處理工程化的關鍵技術之一。

實際測向系統(tǒng)中帶來誤差的主要因素有：陣元位置誤差、陣元方向圖誤差、通道幅相不一致、互耦效應等。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提供一種應用數據域補償技術減小實際測向系統(tǒng)誤差的方法，當一套測向系統(tǒng)裝配完成后，測向系統(tǒng)誤差為固定值，將信號方位信息測量值和真值進行比較得到系統(tǒng)的測量誤差，利用測量誤差通過曲線擬合的方法得到全部方位信息相對應的補償數據；在實際測試中利用當前實測信號方位信息對應的補償數據對當前實測結果進行補償，并輸出補償后測試結果。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

(1)固定信號發(fā)射天線，將測向系統(tǒng)放在轉臺上，調整測向系統(tǒng)和轉臺的方位角度，使測向系統(tǒng)的設計零點位置與轉臺的零刻度位置對準，并對準信號發(fā)射天線，利用電機控制器控制轉臺的旋轉角度；

(2)將測向系統(tǒng)接收到的射頻信號經過模擬下變頻和模數變換，得到數字中頻信號，對數字中頻信號進行帶通濾波得到帶內信號；

(3)計算得到信號的方位角度θ_max；

(4)固定轉臺角度不變，重復步驟(2)～(3)錄若干幀數據，用最大似然估計法得到信號方位角的測量估計值θ_ave；

(5)旋轉轉臺，重復步驟(2)～(4)，得到信號方位角測量估計序列θ_ave(n)，同時得到對應的轉臺方位角序列θ_std(n)；計算方位角度誤差序列θ_error(n)＝θ_max(n)-θ_std(n)；

(6)令x(n)＝θ_max(n)，y(n)＝θ_error(n)，利用曲線擬合得到函數y＝f(x)，將x∈[0°～360°]的所有整數角度帶入曲線，得到完整方位角度誤差序列θ_err(x)；

(7)根據完整方位角度誤差序列θ_err(x)，計算補償后的輸出方位角度θ_out(x)＝θ_max(x)-θ_err(x)，其中，θ_max(x)為當前時刻測得的信號方位角度。

本發(fā)明的有益效果是：有效克服了實際測向系統(tǒng)中由于陣元位置誤差、幅相誤差、陣元間互耦等造成的不可避免的誤差，為高精度測向系統(tǒng)工程化提供了一種有效可行的方法。

附圖說明

圖1是基于數據域的測向誤差補償場景示意圖；

圖2是基于數據域的測向誤差補償原理框圖；

圖3是基于數據域的衛(wèi)星導航干擾方位識別誤差補償系統(tǒng)組成結構圖；

圖4是基于數據域的測向誤差補償效果對比圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。

本發(fā)明包括以下步驟：

固定信號發(fā)射天線，將測向系統(tǒng)放在高精度轉臺上，調整測向系統(tǒng)和轉臺的方位角度，使測向系統(tǒng)的設計零點位置與轉臺的零刻度位置對準，并對準信號發(fā)射天線，利用高精度步進電機控制器控制轉臺的旋轉角度。

測向系統(tǒng)接收到的射頻信號經過模擬下變頻模塊得到中頻模擬信號，中頻模擬信號經過模數變換模塊之后得到數字中頻信號，對數字中頻信號進行帶通濾波得到帶內信號。

實時測向模塊計算得到信號的方位角度，并將信號方位角信息θ_max輸出至誤差數據處理模塊。

當固定同一個轉臺角度時，波束的實時更新造成θ_max抖動，錄m幀數據，用最大似然估計法得到信號方位角的測量估計值θ_ave。

通過轉臺旋轉得到信號方位角測量估計序列θ_ave(n)，同時得到對應的轉臺方位角序列θ_std(n)；通過控制轉臺轉動，收錄每一個設定的測試點的測試數據。誤差數據處理模塊計算方位角度誤差序列θ_error(n)＝θ_max(n)-θ_std(n)。

對x(n)＝θ_max(n)，y(n)＝θ_error(n)利用曲線擬合得到函數y＝f(x)，將x∈[0^°～360^°]的所有整數角度帶入曲線得到完整方位角度誤差序列θ_err(x)。

誤差數據處理模塊將完整方位角度誤差序列θ_err(x)傳輸到實時測向模塊。

實時測向模塊將完整方位角度誤差序列θ_err(x)存儲。

實時測向模塊讀取完整方位角度誤差序列θ_err(x)，計算補償后的輸出方位角度θ_out(x)＝θ_max(x)-θ_err(x)。

本實例為基于數據域的衛(wèi)星導航干擾方位識別誤差補償系統(tǒng)，在實例中被用來測向的信號是針對GPS衛(wèi)星信號的強壓制式干擾信號，頻帶范圍是1.57442GHz～1.57642GHz，干擾信號強度為60dB，天線陣元個數為4，該方法包括以下步驟：

步驟一：固定干擾發(fā)射天線，將干擾方位識別模塊放在高精度轉臺上，調整干擾方位識別模塊和轉臺的方位角度，使干擾方位識別模塊的設計零點位置與轉臺的零刻度位置對準，并對準干擾發(fā)射天線。

步驟二：數據處理模塊計算得到全空域的導向矢量，將導向矢量傳輸給干擾方位識別模塊的FPGA的通信模塊中，FPGA將導向矢量燒寫到FLASH芯片中。

步驟三：干擾方位識別模塊接收4路信號，每路信號包括GPS衛(wèi)星信號、干擾信號和噪聲，經過模擬下變頻模塊得到4路中心頻率為46.52MHz的中頻模擬信號，中頻模擬信號經過模數變換模塊以62MHz的本振頻率對4路模擬中頻信號進行采樣之后得到4路中心頻率為15.58MHz的數字中頻信號。采用32階濾波器對4路數字中頻信號分別進行帶通濾波。

步驟四：FPGA芯片計算協方差矩陣，并將其傳給DSP芯片，DSP芯片對接收到的協方差矩陣求逆計算得到其逆矩陣。

步驟五：DSP芯片讀取導向矢量，采用Capon算法計算得到譜峰矩陣，進行峰值搜索得到譜峰函數的極大值，其對應的位置即為干擾信號的方位角度，并將干擾方位角信息輸出至數據處理模塊。

步驟六：當固定同一個轉臺角度時，波束的實時更新造成θ_max抖動，錄m＝10幀數據，用最大似然估計法得到信號方位角的測量估計值θ_ave。

步驟七：通過控制轉臺旋轉得到離散的0°～360°范圍內不完整的去抖動實測方位角度序列θ_std(n)，同時得到對應的轉臺方位角序列θ_std(n)；通過控制轉臺轉動，對設定的每一個測試點進行步驟六，并收錄測試數據。數據處理模塊計算方位角度誤差序列θ_error(n)＝θ_max(n)-θ_std(n)。

步驟八：數據處理模塊對x(n)＝θ_max(n)、y(n)＝θ_error(n)利用平滑樣條擬合方法曲線擬合得到函數y＝f(x)，將x∈[0°～360]°的所有整數角度帶入曲線得到完整方位角度誤差序列θ_err(x)；將方位角度誤差序θ_err(x)通過RS232串行總線傳輸到干擾方位識別模塊的FPGA的通信模塊中，FPGA的通信模塊將收到的數據存儲到FLASH芯片中。

步驟九：DSP芯片讀取FLASH芯片中的誤差序列，計算補償后的干擾方位識別角度并將其傳給FPGA芯片，FPGA芯片通過RS232串行總線將補償后的干擾方位識別角度傳輸到上位機顯示模塊。