专利名称：多天线单元信号分析处理、测向方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号分析处理和无线信号测向领域，具体说涉及一种组合运用包含方 向性天线的多天线单元进行空间信号分析处理和信号源测向的方法，以及可以实现该分析 处理方法和/或信号源测向方法的系统。
背景技术：
目前，主要是利用单一全向天线对各频点处信号的幅度、场强、电平大小等参数进 行测量实现对电磁环境的信号分析，这样测到的值是各个信号叠加的结果，无法分清信号 的组成与结构，也就很难确定是否存在同频干扰和多径干扰，以及干扰的频率范围和干扰 的强度。目前的测向方法根据体制的不同，性能差异较大。其中一些测向方法只能给出单 一示向度，如相位测向、大音点测向等，另一些方法能给出多个示向度，如单天线旋转测向、 空间谱估计。但是电磁空间信号存在很大的复杂性，同频信号、多径信号的存在，以及信号 本身的频谱变化和传播衰落使得现有测向技术体制面临巨大困境，其测向精度及可靠性随 着电磁环境的复杂程度急速下降。现有测向技术体制中空间谱估计的方法虽然能在一定程 度上解决这些问题，但由于其对于模型的敏感性及处理能力受天线单元数量限制，在较复 杂电磁环境下的应用也受到很大限制，而且空间谱估计的天线阵列体积较大，不利于实现 便携式测向。幅度测向中有一种双信道比幅测向方法，利用两副正交的艾德考克天线接收电势 的比值确定来波方向，并利用信道均衡技术消除信道增益不一致的影响。但是，这种实现方 式不论从实现成本还是实际效果来看都是不可取的。首先，实现多信道均衡将付出很高的 成本代价，另外，在技术效果上存在很多缺陷，一方面，利用接收电势做比值很容易因受到 噪声和多径信号的影响而很不稳定，另一方面，利用该比值估算方位将由于多径信号的存 在而出现固有的偏差。
发明内容
本发明的一个目的在于解决现有测向方法无预先分析处理而出现测向不准确的 技术问题，提供一种能够分析信号的组成、结构的分析处理方法。本发明采用的技术方案如下一种多天线单元信号分析处理方法，包括如下步 骤步骤1，采用第一和第二天线同步接收信号，至少第一天线为定向天线，二副天线 具有不同的方向性；步骤2，对定向天线和另一天线同步接收到的信号分别进行在一定长度时间窗口 内的短时统计分析，得到二者的短时统计分析值在相应分析域的一分析点处的比值(如统 计分析方法采用短时傅里叶变换时，可以取变换结果中某频点处的幅度谱比值)，其中，所 述时间窗口的长度可调节，且大于所有信号(在此指所有主要信号，不考虑经多次反射的极弱信号)的最长多径时延；步骤3，根据所述比值的变化特征确定信号的组成和/或干扰强度。优选地，在步骤3中，根据统计值σ 2测定信号所受干扰的强度，σ 2的一种计算方
式为
权利要求
1.一种多天线单元信号分析处理方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1，采用第一天线和第二天线同步接收信号，至少第一天线为定向天线，两副天线 具有不同的方向性；步骤2，对第一天线和第二天线同步接收到的信号分别进行在一定长度时间窗口内的 短时统计分析，得到二者的短时统计分析值在相应分析域的一分析点处的比值，其中，所述 时间窗口的长度可调节，且大于所有信号的最长多径时延；步骤3，根据所述比值的变化特征确定信号的组成和/或干扰强度。
2.根据权利要求1所述的多天线单元信号分析处理方法，其特征在于，步骤3中确定信 号组成的方法为，如果所述比值随时间基本不变化，则在所述分析点上只存在一个信号源， 所述信号为信号源的直达信号和多径信号，或者仅为信号源的直达信号；如果所述比值随 时间快速变化和/或所述比值对于时间窗口长度基本无敏感性，则在所述分析点上存在同 频异源信号；和/或者，如果所述比值随时间发生阶跃性跳变，则信号源为移动源或者多个 单工通信的相异信号源。
3.根据权利要求1所述的多天线单元信号分析处理方法，其特征在于，在步骤3 中，根据表征信号波动大小的统计值ο2测定信号所受干扰的强度，ο2的计算方式为
4.一种多天线单元信号测向方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1，采用第一和第二天线同步接收信号，其中，第一天线为可旋转的定向天线，所述 第一天线的指向可相对独立调整，第二天线为全向天线或者指向固定的定向天线，在接收 信号时，使第一天线旋转；步骤2，对第一和第二天线同步接收到的信号同步进行在一定长度时间窗口内的短时 统计分析，得到二者的短时统计分析值在分析域的一分析点处的比值，其中，所述时间窗口 的长度大于所有多径信号的最长时延；步骤3，确定比值与方位角的对应关系，并据此得到比值关于方位角的数据曲线。
5.根据权利要求4所述的多天线单元信号测向方法，其特征在于，还包括如下的步骤4 步骤4，根据所述数据曲线估计可能的来波方向数，以及各来波方向信号参数，并将确 定的各值作为初值，利用第一天线的方向性函数的加权叠加模型对测得的数据曲线利用数 值分析的最优化方法求解，得到来波方向数和各来波方向信号参数的最佳优化值。
6.根据权利要求4或5所述的多天线单元信号测向方法，其特征在于，在步骤3中，首 先根据第二天线接收到的信号的短时统计分析值测定所述比值的有效性，若第二天线接收 到的信号的短时统计分析值小于常数α 3，则所述比值无有效性；然后，根据有效性的大�。� 从多次周期扫描所得到的对应同一方位角的各比值数据中，选择有效性最强的数据构成比 值关于方位角的数据曲线。
7.根据权利要求4或5所述的多天线单元信号测向方法，其特征在于，所述第一天线采用h+kiCosO)形式的方向性函数，其中，I^k1均为常数，θ为方位角；在步骤3中，先将 所述数据曲线还原为余弦函数形式，再根据余弦函数幅度与角度的对应关系得到与每一个 幅度谱比值相对应的天线角度。
8.根据权利要求5所述的多天线单元信号测向方法，其特征在于，在步骤4中先对所述 比值数据曲线进行滤波再估计可能的来波方向数，以及各来波方向信号参数。
9.一种多天线单元信号分析处理、测向系统，包括天线单元、接收单元、数据处理单元 和显示单元，其特征在于所述天线单元包括至少二副天线，所有天线中至少有一副是定向 天线，各定向天线的指向可相对独立调整；所述天线各自测得的信号均通过所述接收单元 输入至数据处理单元中进行同步分析处理，所述数据处理单元对定向天线和另一天线同步 接收到的信号同步进行在一定长度时间窗口内的短时统计分析，得到二者的短时统计分析 值在相应分析域的一分析点处的比值，其中，所述时间窗口的长度大于所有信号的最长多 径时延；所述数据处理单元分析处理的结果输入至显示单元进行输出显示。
10.根据权利要求9所述的多天线单元信号分析处理、测向系统，其特征在于所述天 线单元包括由一副定向天线和一副全向天线构成的双天线组合。
11.根据权利要求9所述的多天线单元信号分分析处理、测向系统，其特征在于，所述 时间窗口的长度大于4微秒。
12.根据权利要求9、10或11所述的多天线单元信号分析处理、测向系统，其特征在于， 所述接收单元还包括混频电路和受控于所述数据处理单元的锁相环路，输入至接收单元的 各信号先输入至所述混频电路进行逐级下变频，形成与各自相对应的基带信号，各基带信 号再输入至数据处理单元进行短时统计分析；所述数据处理单元在开始进行短时统计分析 时，向所述接收单元发出本振信号相位锁定信号，停止锁相环路对信号频率相位的跟踪捕 获过程，以保持对各信号进行下变频的本振信号的频率和相位不变。
全文摘要
本发明公开了一种多天线单元信号分析处理、测向方法及系统，涉及信号分析处理和无线信号测向领域，该分析和测向方法主要采用两副具有不同方向性的天线；对其同步接收到的信号分别进行在一定长度时间窗口内的短时统计分析，得到二者的短时统计分析值在相应分析域的一分析点处的比值；根据所述比值的变化特征确定信号的组成和/或干扰强度，或者得到比值关于方位角的数据曲线，然后对所述数据曲线进行处理分析，得出信号的来波方向等参数；特别点，本发明提出一种单站定位的方法。本发明通过分析信号的组成和结构，为信号处理和信号测向提供可靠依据；通过对信号源准确可信的测向定位促进对电磁环境的更好认识。
文档编号G01S3/12GK102147455SQ20101061684
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年1月18日
发明者周靖博, 张登科, 洪浩, 郭建光, 黄艳 申请人:张登科
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