1空间谱估计测向原理

1空间谱估计测向原理

对于一般远场信号而言同一信号到达不同天线元存在一个波程差这个波程差导致了接收阵元间的相位差利用阵元间的相位差，就可以估计出信号的方位

如图1所示。

图1方位估计原理

对于窄带信号而言两个天线之间的相位差甲。通过测量得到的相位差、就可以计算出来波方位。

对于窄带信号信号可用的复包络形式表示

考虑N个远场的窄带信号入射到空间某阵列天线上其中阵列天线由M个阵元组成其通道数与阵元数相等。则第!个阵元接收到的信号为:

式(1)中i=1，2，3、、、、M；Ni(t)中t表示第i个阵元在t时刻的噪声。

将M个阵元在同一时刻接收到的信号排列成一个列矢量，可得:

上式中g ij为第i个阵元对第j个信号的增益。

在理想情况下，假设阵列中各个阵元是各向同性的且不存在通道不一致、互祸等因素的影响则上式中的

增益归一化后上式可以简化为:

将上式写成矢量形式如下:

x(t)=As(t)+w(t) （4）

式(4)中二X（t）为阵列数据,S[t}为空间信号N(t)为噪声数据，A为空间阵列的流型矩阵(导向矢量阵)。阵列数据X(t)的协方差矩阵R可写成;

(5)

其中是空间信号的相关矩阵。为理想白噪声功率。

对协方差矩阵R进行特征分解，可以进行信号数量的判断;然后确定信号的子空间与噪声子空间根据信号参数范围进行谱峰搜索找出最大值点对应的角度即信号入射方向;将信号的频率信息、方位信息等进行关联分析整理出完整的有价值的信息。

2空间谱估计测向系统的组成

空间谱估计测向系统一般包括测向天线阵、超外差接收机、数字信号处理机等硬件部分，设备的组成框图如图z所示

测向天线阵中安装了多个相同特性的全向天线阵元，一般采用圆阵。

超外差接收机采用多次变频，实现高的动态和虚假抑制，同时要求频率稳定性高。

数字信号处理机一般采用AD+DSP+FPGA的设计方案，用FPGA设计协处理器处理大量、规则的计算,而利用DSP的灵活性处理复杂不规则的计算,从而使数字信号处理机的性能达到最优.

空间谱估计测向系统的工作过程如下:测向天线阵在数字信号处理机的控制下选择所需的接收天线将接收到的多路无线电信号，直接送到超外差接收机。超外差接收机在数字信号处理机的控制下调谐在所需的工作频点同时输出多路中频信号到达数字信号处理机。数字

信号处理机根据设置的工作模式调整工作状态.

当数字信号处理机工作在监测模式时可对多路中频信号进行A/D采样对采样后的数据进行FF丁计算完成信号的模式识别、解调，测量信号的功率电平、占用带宽、调制度等ITU 参数最终完成频谱监测功能。

当数字信号处理机工作在测向模式时对多路中频信号进行A/D采样然后,对采样的数据进行并行阵列数据处理，求解出信号的参数与来波方位，并完成信号的。分离和相关最终实现对信号的测向功能。

对于同频多信号，在常规接收设备上它们的语音信号是混叠在一起的,即使我们得到了信号的不同方位如果没有各自的语音信号，也不利于取证和判别信号属性。

空间谱估计测向系统可在实现同频多信号测向的基础上,通过对信号强度、方位、时域波形等信息的关联处理,实现对浪叠信号的分离,还原出各自的语音信息。

3空间谱估计测向系统的应用

2009年在无线电监测专项演练中，我们研发了一套空间谱估计测向系统样机进行同频多信号测向及语音分离的验证试验。测试中我们将三部电台调谐在同一频率并同时开始通话，系统准确地测出了三个信号的方位。多信号测向效果如图3所示。

在获得各信号方位的同时实现了对混叠信号的分离，还原出各自的语音信息，清晰地得到了各电台的话音。混叠语音信号分离效果如图4所示。

4结论

空间谱估计测向提供了同频多信号测向能力，实现了同频混叠语音信号的分离解调，同时具有良好的多通道监测扩展性，很适合作为未来的高端无线电监测设备使用。.