虚拟时反被动测向辐射源信号的研究与应用

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被动测向技术具有较高安全性和隐蔽性已在各个领域的电子侦查对抗中应用,所以研究更加精确、适应复杂电磁环境与复杂信号形式的被动测向算法具有重大意义。根据国防基础科研项目的需求,本文主要研究解决虚拟时间反转(Virtual Time Reversal-VTR)测向仿真系统中的数据信号的生成问题。该系统是在圆形天线阵列的条件下,对辐射源信号进行波达方向定位(Direction of Arrival-DOA)。  本文针对所需的辐射源信号的产生及植入实物系统的采集数据等问题展开研究。在圆形天线阵列条件下,分别对正弦信号、BPSK信号、线性调频信号、Link-11信号进行研究,所有的信号生成和模拟仿真过程均在Matlab GUI平台上给予仿真实现。该系统既考虑了各信源信号生成的参数设置,也考虑了将仿真信号转换为AD采集的信号形式,并对仿真系统各模块的参数功能和参数选取做了详细的分析。  辐射源信号形式的不同将导致模拟过程的差异,本文对信号的传播和接收过程进行了数学建模,推导出了信号在辐射源点传播至阵元各阵列接收单元时由于传播距离的差别导致传播时间的差别,仿真出各个阵元接收端的信号形式,根据不同信号中频率成分的差异,将信号传播时间的差别映射到信号在相位上的差别时需要分别计算,本文推导了不同信号传播时间的差别转换至信号相位的数学公式,并给出了模拟信号传播至天线阵列端的情况。为了验证多路通信信号仿真的正确性,以虚拟时反聚焦算法对不同形式的辐射源信号进行检验,对辐射源处于固定俯仰角的整个环线上不同位置的信号进行仿真,根据实验结果分析不同形式信号的DOA估计误差。  为了模拟信号传输过程中的噪声情况,由于 Matlab中信噪比函数的缺陷,所以本文推导了信噪比添加时的数学公式,从高斯白噪声是正态分布的原型出发,利用生成随机数的方法进行噪声添加,并以虚拟时反DOA估计平台验证了不同信噪比对信号产生的影响。  在模拟信号接收过程中的幅相不一致性时,首先对同轴线缆的幅相不一致性进行测试,得到同轴线缆的幅相不一致性范围,并借此说明了在信号中加入幅相不一致性的方法。考虑到接收机各个部分都存在幅相不一致性的问题,以虚拟时反DOA估计平台验证了不同大小的幅相不一致性对信号产生的影响。  本文对生成的辐射源信号导入虚拟时间反转DOA估计平台进行了实验。探究了信号形式、信噪比、辐射源距离和幅相不一致性参数不同时,对虚拟时反DOA估计值的影响。本文从辐射源信号的生成、多路信号的生成、模拟天线阵接收机信号的生成和对信号的量化来模拟AD系统采样的信号,有效的解决了被动测向过程中数据源的仿真问题。
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