基于FPGA的相关干涉仪测向算法的设计与实现

为了适应日渐复杂的电磁对抗环境,有别于传统的处理器采用串行架构使用IQ数据进行测向算法运算,为了能更快速、更稳定的计算出相位差,提出一种优化后的相关干涉仪测向算法架构并在FPGA上实现设计。详细给出FPGA测向系统架构和运算流程,并结合实际采取一个稳定的、经济实惠的系统架构;为了满足后续实际应用需求,在Xilinx的xc7vx690tffg1927-2为逻辑控制单元的载板进行板级测试中,验证了FPGA进行相关干涉仪测向识别结果的稳定性和高效性,经过验证发现,相较于传统的FPGA相关干涉仪测向架构,经实验测试后实现了所提出的架构在LUT资源占用率上降低了39.5%,测向速度提高17%,可处理信号带宽80 MHz,跳速高达1200跳/s。

一种快速二维相关干涉仪测向算法

针对宽带信道化测向处理中传统二维相关干涉仪测向算法计算量过大的缺点,提出了一种基于引导基线的快速相关干涉仪算法.在阵列中选定引导基线,由引导基线的相位差信息计算出一组可能的来波角度信息;在测向处理时,仅对引导基线确定的角度进行相关度计算.快速算法将传统相关干涉仪中的二维相关峰搜索减小为仅对一个由模糊角度组成的点集进行搜索,计算量不到传统方法的百分之一,且测向性能与传统方法相当.试验验证了该算法的有效性.

基于等距序列图像的快速拼接技术

针对工程领域中经常需要采集多幅序列数字化图像,并将序列图像进行快速精确拼接、实时显示的需求,提出了一种基于等距序列图像快速拼接方法和数学模型。其利用图像匹配算法确定初始拼接点位置,采用精密光栅作为定位元件,准确测定拼接点位置,并获得等距序列图像,并利用所提出的数学模型可对序列图像进行一次性快速拼接。同时,在激光干涉仪上验证了数学模型,结果表明,提出的方法和模型在满足图像拼接精度的前提下,可大幅度提高拼接速度。

改进相关干涉仪算法在DOA估计中的应用

相关干涉仪算法(Correlation Interferometer Algorithm, CIA)是波达方位(Direction Of Arrival, DOA)估计中常用的算法,但是阵列的长短基线导致了该算法在测向中存在基线镜像对称和相位模糊问题.针对以上问题,本文提出了一种基于象限分类的改进相关干涉仪算法.首先,将信号到达各阵元的时间差转化为相位差,同时将得到的相位差与360°作比,记录得到的整数和余数.然后对余数进行象限分类,之后用传统的相关干涉仪算法求解得到信号的初始估计值,最后根据逆运算求解信号的最终估计值.实验仿真表明,该算法不仅解决了基线镜像对称和相位模糊问题,而且提高了信号估计的精度,降低了计算复杂度,提高了测向的实时性.因此在波达方位估计上具有很高的参考价值.

基于双极化圆阵天线的多路径干涉仪测向研究

当低空掠海反舰导弹攻击目标舰船时,因为海面多路径散射波的存在,导致舰船上传统的相关干涉仪测向不准,从而不能有效反击拦截导弹。提出了一种基于双极化圆盘阵列天线的多路径相关干涉仪的测向方法,其工作原理为(假设反舰导弹天线是垂直极化方式)当圆盘阵列天线选择垂直极化方式时,干涉仪接收到导弹直达和海面多路径散射的混合信号;当圆盘阵列天线选择水平极化时,干涉仪仅接收到海面多路径总散射信号。在仿真中,根据相关干涉仪算法和多信号分类(MUSIC)算法,可以画出混合信号和总散射信号的空间坐标分别为方位角3°,4°,俯仰角82°,86°,然后比较两者空间向量之间的关系,得出导弹的空间坐标方位角小于3°,俯仰角小于82°,最后通过最小方差无失真响应(MVDR)空域滤波和波束形成算法抑制干扰信号的影响,通过仿真可以看出总散射信号方位角被抑制大约23 dB,俯仰角被抑制大约17 dB,并通过与仿真场景中导弹的实际空间坐标进行比较,可看出该方法依然存在一定的差距,但也为消除散射多路径对测向的影响提供一种思路与方法。

双马赫-曾德尔型干涉仪定位技术研究

在干涉型分布式光学振动传感系统中,双马赫-曾德尔技术具有较高的定位精度和较低的成本,更受关注。现搭建了双马赫-曾德尔分布式光纤传感系统,并对其进行了定位实验,阐述了检测系统的组成和原理。对基于互相关算法的定位性能进行研究,测试了其单点定位和多点定位功能,指出其定位局限性。另外重点分析了影响该系统定位稳定性的因素,提出一种数据处理算法,以提高其定位稳定性。实验结果表明,经过该算法数据处理之后,系统定位稳定性和可靠性得到极大提高。

基于多级相关处理的相关干涉仪快速测向方法

为降低相关干涉仪测向的计算复杂度,提出了一种基于多分辨率相关处理的快速测向算法,与在全角度范围计算相关系数的传统相关干涉仪不同,快速算法采用逐级测量的方式,先粗测来波方向,用粗测的结果做指引,在较小的角度范围内进行精细测量,从而显著减少了算法计算量。同时,快速算法在测向精度方面没有损失。推导了粗测和细测样本步长的最优比例关系。理论分析和计算机仿真证明该算法能够大幅减少算法计算时间,提出的算法对瞬时测向具有实用意义。

双Mach-Zehnder光纤干涉仪中的遗传偏振控制算法

Mach-Zehnder光纤传感系统在实际应用中受偏振相位偏移现象影响,使得信号相关性不稳定,造成定位时出现粗大误差,甚至无法定位的问题。为解决这一问题,提出了一种基于双臂检测信号相关系数的遗传偏振控制算法。利用偏振控制器对输入光的偏振态进行实时控制,在系统信号相关性恶化时,通过改变输入偏振态,恢复信号的相关性。实验证明,该算法可使检测信号维持良好的相关性,系统的稳定性得到较大提高。

基于高拉伸度遗传算法的相关干涉仪测向算法

针对相关干涉仪测向中相位差模糊导致的强非线性问题,提出一种基于高拉伸度的改进遗传算法,该算法以遗传算法中择优选取机制为基础,通过定义拉伸度,根据相关干涉仪测向中相关函数及其对自变量的偏导数在目标方向附近均趋近于0的特性,设计新的适应度函数,增大全局最大值附近适应度函数的拉伸度,扩大与其他方向的适应度的差距,从而实现对选取机制的优化。仿真实验表明,该算法复杂度低,当测向精度基本相同时,测向时间约为网格法的1/600,且具有良好的适用性,可以广泛应用于其他求解最大值的问题中。

海事卫星上行信号测向的工程实现

结合海事卫星信号的信号特征,以相关干涉仪测向算法为基础,提出了一种海事卫星上行信号测向的工程实现方法,在一片FPGA中完成数字下变频、FFT实时运算、相位差计算等复杂运算,在一片DSP中完成相关干涉仪方位计算。与以往的方法相比,该方法解决了对海事卫星上行信号测向的问题,频率分辨率被提高到5.7 kHz;通过降低相位差的波动度和插值提高了方位的稳定度和精度;采取在DSP中完成方位计算的方式减少了FPGA器件数量。最后,试验结果验证了所提方案的实用性。

基于遗传算法的相关干涉仪测向方法

相关干涉仪体制可以获得未知辐射源电磁波的相位信息,借助相关算法解算出波达角,在工程上得到了广泛应用。但天线相位往往会受平台影响发生畸变,并导致测向偏差。文中基于干涉仪体制,采用遗传算法对测向系统的基线和权值进行了优化。结合典型实例,比较分析了优化前后测向误差的变化。证明该方法能够显著改善测向精度,提出的方法对机载测向具有实用意义。

基于小波包去噪的周界入侵定位算法

针对非对称双马赫-曾德干涉型光纤传感的周界安防系统远距离定位受环境噪声影响大的问题,提出基于改进的小波包去噪和互相关运算的定位算法.首先,根据小波包分解系数的频率高低采用多阈值法则以避免过阈值处理;其次,采用基于三次Hermite插值的新阈值函数以弥补传统软硬阈值的缺点,并以此提高入侵信号的信噪比;最后,采用基于互相关运算的时延估计以得到外界入侵行为的识别定位.仿真实验表明,当光纤总长为75km、采样频率为10MHz时的定位精度为±7m,说明该算法大大提高了系统外界入侵定位精度.

干涉仪测向中相关处理算法的研究

介绍了干涉仪测向体制的基本原理,分析了消除相位差模糊与提高测向精度之间矛盾形成的原因,为了解决此矛盾采用了相关处理算法,并给出了基线尺寸对测向精度影响的仿真结果,仿真结果表明了此算法的正确性。

自相关处理的光纤多普勒流体测速系统的研究

通过对流体运动速度进行测量,可以对流体的各项指标进行实时分析,为了区别于传统测量,实现非接触高精度测量同时降低噪声信号的影响,提出了自相关算法的全光纤多普勒测速技术。通过对测量系统的分析,结果显示,通过斐索干涉法,利用光纤进行传输,简化了测量光路,抗干扰能力强,分辨率高;在自相关算法下的测速系统设计,可以有效降低噪声影响,提高对多普勒信号峰的处理能力;取样积分技术的应用,对信噪比有很大的改善,使测量精度更高;该系统的不确定度小于0. 1%,解决了传统测量方法很难解决的问题。

双M-Z光纤干涉仪中随机生成数偏振控制算法

采用基于两路检测信号相关系数的随机生成数算法,通过偏振控制器对输入偏振态进行调节,解决了双M-Z(马赫-曾德)光纤传感系统中出现的偏振相位偏移问题,改善了两路检测信号的相关性。对随机生成数算法的可行性及其3个重要参数进行了分析讨论。实验结果表明,算法执行5min可搜索到邦加球的绝大部分区域,具备全局搜索能力,并且通过合理地设置随机生成数算法的参数,可使系统在3min左右搜索到偏振态的最佳位置,使两路检测信号的相关系数保持在0.9左右,恢复两路检测信号的良好相关性。

干涉仪测向天线阵相关性分析与优化设计

干涉仪测向系统中天线阵的布局至关重要,如果布局不合理将导致高频测向模糊。基于阵列导向矢量的相关性分析推导了天线阵二维相关系数,用于评判天线阵布局是否合理。为了进一步简化天线阵相关系数的计算,提出一维相关系数,并作为代价函数。基于一维相关系数,将线性天线阵的布局优化问题转变为线性天线阵的“副瓣抑制”问题。最后,采用差分进化算法对线性天线阵布局进行优化设计,分别给出一个三元和四元天线阵的优化布局,为工程应用中线阵干涉仪布阵提供参考。

改进的干涉式天线阵及其测向误差分析

为了解决干涉式测向机中天线阵孔径与准确度之间的矛盾,提出了一种新型天线阵和基于该天线阵的测向方法.该天线阵基于十字形正交四元阵,通过在阵中心增加1个基准天线,可使天线阵孔径增大,从而减少随机干扰的影响.基于新天线阵的补偿方法,理论上可以完全抵消整个测向机的系统误差.通过模拟真实信号进行仿真,验证了该方法的优势和可行性.