哈尔滨工程大学

硕士

2017

基于多级虚拟基线的干涉仪测向方法与FPGA仿真实现

Direction Finding Method and FPGA Simulation Implementation Based on Multi-level Virtual Baseline Interferometer

王春辉

刘鲁涛；吴晓芳

电子与通信工程(专业学位)

现代无线电领域信号的载波频率越来越高,信号的带宽也随之增大,对测向系统提出了新的挑战。要求测向系统不仅能对更大带宽、更高频率的信号进行高精确度的测向,还要让测向系统保持体积小、重量小、速度快的特点。对干涉仪测向来说,高频电磁波对应的干涉仪基线长度非常短,这对干涉仪测向系统的天线尺寸精度提出了很高的要求。本文设计的基于多级虚拟基线的干涉仪测向系统能在保证测角精度的情况下最大限度提高解模糊的正确率。本文首先介绍了干涉仪测向系统,对一维情况下的相位干涉仪和相关干涉仪进行了算法仿真对比,并照仿真结果分析了两者的优缺点,因为相位干涉仪简单易实现的特点,普通的一维、直角阵都使用相位干涉仪。然后,本文重点研究多基线相位干涉仪的解模糊问题。因为相位干涉仪测向的精度是由天线阵列的最长基线决定的,之所以设计多天线阵列是为了提高解模糊的正确率。本文针对多基线相位干涉仪的解模糊正确概率问题,从二级虚拟基线的正确解模糊概率出发,分析了二级基线设计的各种情况。通过仿真和理论推导解决了二级虚拟基线干涉仪的正确解模糊概率的算法问题,得知解模糊概率与天线位置和信号信噪比的关系。通过二级基线间的解模糊概率,拓展到多基线相位干涉仪的范围,以一定的天线位置摆放保证每两级都能达到最大的解模糊概率,从而增加整体多基线干涉仪的解模糊概率。最后以本文所分析的最优解模糊概率天线配置方法,设计了一组多基线相位干涉仪测向系统。并用MATLAB对本文设计的天线摆放方案和用相同天线阵型组成的L型二维相位干涉仪系统进行了仿真,在加入不同噪声、通道间误差的情况下验证其测向的精度。随后在FPGA上对一维的相位干涉仪进行了算法上的实现,并且把结果与MATLAB的结果进行对比。仿真和测试结果表明,根据本文提出的算法设计的天线阵方案能实现在设计要求的范围内高精度、高准确率的测向。

The frequency of the signal in the modern radio field is getting higher and higher,and the bandwidth of the signal increases,too.This gives new challenges to the direction finding system.Modern society requires the system not only for greater bandwidth,higher frequency signal but also for higher accuracy.And at the same time keep the system's small volume,small weight,fast response speed.For the interferometer,in order to match the high frequency electromagnetic wave,the length of the interferometer becomes very short,which pr