基于虚拟时反理论的通信电台被动测向方法研究

摘要

被动测向技术因其隐蔽性好、安全性高等优点而被广泛应用在电子对抗、航海和航空等领域。目前基于天线阵列的高分辨测向技术是人们研究的热点，但MUSIC算法计算量大，对系统硬件的要求较高，进行工程实现有一定的难度。ESPRIT算法虽然减小了计算量但它对阵列的形状有约束。因此研究一种计算量小、实时性高、对阵列形状没有约束，并且易于工程实现的被动测向算法有重要意义。
　　虚拟时间反转(Virtual Time Reversal-VTR)技术与主动时间反转(Time Reversal-TR)技术不同，它不是将天线阵列接收到的信号发送回介质空间中，而是利用计算机模拟生成时间反转信号，并找到时反信号的聚焦峰。本文将 VTR技术应用到对通信电台的被动测向算法中，通过沿xoy平面内的矩形环线扫描来估计信源的方位角，沿竖直平面的矩形环线扫描来估计俯仰角，并对算法的原理给出了严谨的数学推导。此外，利用SystemView软件搭建了被动测向系统并进行了仿真实验。
　　在被动测向系统中，十字型天线阵列的各阵元接收到的射频信号经过限带滤波器后进行下变频变为中频信号，该中频信号被存储以便采用 VTR算法和其他对比算法进行信源的DOA估计。文中对测向系统的关键模块，如限带滤波器、抗混叠滤波器、A/D模块以及频谱分析模块的设计和参数选择给出了详细分析。
　　在研究该算法的测向精度时，辐射源信号除采用普通的PSK信号外，还采用了Link-11战术数据链信号，旨在探索该算法在电子战环境下的性能。另外，当信号源的频率处于HF或UHF频段，信号源位于空间中的不同位置时分别进行了仿真实验。文中采用的对比算法有比相法、MUSIC算法、ESPRIT算法和最大似然算法。
　　实验结果表明 VTR测向算法的主要特点有：首先，对于天线阵列的几何形状没有限制，适用于任意形状的阵列。其次，计算量比MUSIC算法要小得多，比ESPRIT算法略大，与最大似然算法相比更具优势。再次，测向精度比比相法高，与MUSIC算法和最大似然法接近。另外，VTR测向算法需要预先存储天线阵列的各阵元到各扫描点的相对时延，以便计算方位角和俯仰角时调用，因此它需要比比相法、MUSIC算法、ESPRIT算法和最大似然法更多的内存空间，是牺牲内存空间来换取较短的运行时间。最后，VTR测向算法并不是在任何情况下对方位角的估计都是有效的，当信源的俯仰角?S?45时，方位角的估计值?S有较大偏差，估计结果不可信，因此使用该算法进行信源的DOA估计时要注意适用范围。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景、目的及意义

1.2 通信电台被动测向技术的国内外发展现状

1.3 论文的主要内容及章节安排

第2章 Link-11战术数据链

2.1 Link-11数据链报文格式

2.2 Link-11战术数据链信号仿真

2.3 Link-11数据链信号生成器

2.4 本章小结

第3章 虚拟时间反转测向系统

3.1 虚拟时间反转技术

3.2 通信电台被动测向系统

3.3 算法总结

3.4 多个非相干源的测向方法

3.5 本章小结

第4章 虚拟时间反转测向算法仿真

4.1 VTR测向系统

4.2 其他测向算法

4.3 全域和环线扫描实验及结果

4.4 估计精度对比实验及结果

4.5 VTR测向算法的特性

4.6 本章小结

第5章 信源DOA估计算法仿真界面

5.1 界面整体介绍

5.2 界面各部分介绍

5.3 信源DOA估计仿真界面测向效果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢