FFS空间随机三阵元分布探测方法

摘要

本发明一种FFS空间随机三阵元分布探测方法，属于无线电无源探测技术领域。每个子母弹的子弹丸单独装载一个阵元天线，每个阵元独自工作，通过自身装载的GPS定位系统记录自身地球坐标，并不断记录目标源发射来电磁波相位，并将位置坐标和目标相位信息向周围阵元发射，同时接受来自其他阵元的数据信号。由于指定频率目标源到达不同的阵元存在一个波程差，这个波程差导致了各个弹丸接收阵元间的相位差。每个阵元根据通信数据中的相位差和位置坐标计算出目标信号的入射俯仰角θ及信号的入射方位角。本方法提高了探测精度，可适用于引信探测中的阵元位置随机分布情况下对指定电磁辐射源相对位置的探测。

主权项

FFS空间随机三阵元分布探测方法，其特征在于：具体实现过程为：在探测过程中，三个炮弹阵元相对独立工作，沿逆时针方向分别设三个炮弹阵元为S₁，S₂，S₃；以炮弹阵元S₁作为研究目标，令三个炮弹阵元的外接圆圆心为坐标原点O，将由O点指向S₁的向量设为X轴，外接圆所在的平面为XOY平面，垂直于该平面的法线方向为Z轴，并根据右手定则确定Y轴，最终确定系统空间直角坐标系；S₁通过自身坐标定位确定自身在空间中的坐标，同时接收来自目标源的相位信息；并将坐标信息和相位信息编码后以广播的形式向外发射；S₁还接收来自另外两个炮弹阵元S₂，S₃的信息，其中包含另外两个炮弹阵元的坐标GPS位置信息，以及它们接收到的来自信号源的相位信息；设以上三个炮弹阵元在系统坐标系中的坐标分别是：S₁(x₁，y₁，z₁)，S₂(x₂，y₂，z₂)，S₃(x₃，y₃，z₃)，得出炮弹阵元间的距离为：$S_1{S}_2=a=\sqrt{{(x_2-x_1)}^2+{(y_2-y_1)}^2+{(z_2-z_1)}^2}$$S_3{S}_2=b=\sqrt{{(x_3-x_2)}^2+{(y_3-y_2)}^2+{(z_3-z_2)}^2}$$S_3{S}_1=c=\sqrt{{(x_1-x_3)}^2+{(y_1-y_3)}^2+{(z_1-z_3)}^2}$三角形ΔS₁S₂S₃的半周长为：ΔS₁S₂S₃面积为外接圆的半径为：今原点O到三个顶点S₁，S₂，S₃的向量之间的夹角∠S₁OS₂，∠S₂OS₃，∠S₃OS₁分别为θ₁，θ₂，θ₃，则：$\begin{array}{ccc}{\theta }_1=2\arcsin \left(\frac{a}{2r}\right)& {\theta }_2=2\arcsin \left(\frac{b}{2r}\right)& {\theta }_3=2\arcsin \left(\frac{c}{2r}\right)\end{array}$三个炮弹阵元S₁，S₂，S₃分别距离原点O的波程差为：故相邻两炮弹阵元间的波程差为：$R_{1,2}=E\left(x_1\right(t)\times {x^{*}}_2(t\left)\right)=P_s\exp \left(j\frac{2\pi }{\lambda }{\Delta }_{12}\right)$$R_{2,3}=E\left(x_2\right(t)\times {x^{*}}_3(t\left)\right)=P_s\exp \left(j\frac{2\pi }{\lambda }{\Delta }_{23}\right)$$R_{3,1}=E\left(x_3\right(t)\times {x^{*}}_1(t\left)\right)=P_s\exp \left(j\frac{2\pi }{\lambda }{\Delta }_{31}\right)$其中，E代表数学期望，“*”代表复共轭运算，P_s代表信号功率，λ为信号波长，x₁(t)、x₂(t)、x₃(t)分别为S₁，S₂，S₃的接收到的相位信息；并且有：其中，求解互相关函数R_1，2，R_2，3的具体方法为：接收机的三个炮弹阵元接收到目标发射出的高频电磁辐射波后，分别经过变频转换为低频同相信号后各分为I路和Q路两路信号输出，I，Q两路信号相互正交，用一定的采样频率进行A/D采样，后分别将采样的数据存储在I₁，Q₁，I₂，Q₂，I₃，Q₃数组中；则每个炮弹阵元信号表示为Ch1＝I₁+j·Q₁Ch2＝I₂+j·Q₂Ch3＝I₃+j·Q₃有$\begin{array}{c}{I}_2=Arg\left(R_{2,3}\right)=Arg\left[E\left(x_2\right(t)\times {x^{*}}_3(t\left)\right)\right]=Arg\left[\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\mathrm{Ch}}_2\left(k\right){{\mathrm{Ch}}^{*}}_3\left(k\right)\right]\\ =Arg\left\{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}\right[I_2\left(k\right)+j·Q_2\left(k\right)\left]\right[I_3\left(k\right)-j·Q_3\left(k\right)\left]\right\}\end{array}$公式中N为采样点数；在上述的无源测向过程中，互相关函数R_1，2，R_2，3由接收机的接收数据直接求出，r，θ₁，θ₂，θ₃由三个炮弹阵元S₁，S₂，S₃的GPS接收坐标信息计算得出；联立以上两个方程，可推出存在未知变量θ、满足非线性方程组；在求解未知参量俯仰角θ，入射方位角的过程中，由于非线性方程组的复杂程度，无法求解出满足条件的解的精确形式；因此，在探测系统给定求解精度ε的约束条件下，用数值迭代的方法，求出数值解θ^*，使其满足pb pnum="3" />