验证实验 | 便携一体化测向系统的高精度探索三部曲

文摘   2024-07-30 20:00   四川  

自二战雷达技术问世以来,电磁态势不断演进,在电子侦察与对抗领域,测向技术成为重要一环,它能精准定位敌方电子设备,为作战提供实时情报以达到对战场态势的实时掌控。随着科研工作者和高校教育的重视,测向技术的研究正迈向“精态精势”的新阶段,科研创新也正推动电磁态势感知能力的飞跃。

01 系统构建


而实现高精度一直以来就是测向系统的核心挑战之一,与此同时,还要适应复杂多变的外场环境。不仅要对多源相干信号进行同步处理,还要求对微弱信号进行精准探测......在技术实现和环境适应性等方面面临诸多挑战。

基于此,我们开展了一系列测向实验,研发出了一套便携式一体化测向原型实验平台,该平台利用空间谱估计技术,可实现对多个目标的同时超分辨测向。

系统功能框图

02 系统验证


接下来通过三个阶段性实验全面验证系统能力:

基础验证


多通道信号相参一致性

作为系统性能的基础验证,本实验通过采集并分析四路信号的相位变化,来验证系统各通道间信号处理的同步性与一致性。

     验证方法


连接示波器与测向设备,同步采集信号源所发出的一个功分出来的四路信号, 在示波器上观察每个采集通道上的信号相位;连续运行6小时,每30分钟检查一次相位,核对相位差值是否发生变化;反复进行多次测试以验证结果的一致性。

硬件连接示意图

记录测试数据并分析:

- CH0与CH1相位差值保持稳定,波动范围为2.25°
- CH0与CH2相位差值保持稳定,波动范围为2.723°
- CH0与CH3相位差值保持稳定,波动范围为3.203°

通过相位图和相位差记录也可以看到,四通道间相参性能优异。

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综合评估


三项测向实例演示
在验证系统基础性能之上,本实验通过三项独立演示,来综合考察系统对信号的实时记录与分析能力。

超分辨率连续测向演示


通过连续变换阵列接收天线角度,观察方位角估计及相位差变化以验证其在测向精度和连续跟踪目标方面的优势。



多目标测向演示


系统接收到两个来波信号,以验证系统针对同时识别、跟踪多个信号源的能力。



不同调制类型信号测向演示


通过变换不同调制类型信号,完成对多种类型的信号进行准确的方向定位,以验证系统对不同信号类型的处理能力。


创新实践


自定义算法与AI应用

在前两项实验的基础上,本实验进一步探索了系统的创新能力。

基于系统开放的API接口,用户可以完成自定义测向算法的植入、验证。

MUSIC算法流程

微弱信号由于其幅度小、信噪比低,相较传统的信号处理方法难以有效提取。因此利用深度学习技术可以自动地学习信号中的复杂特征和模式,增强信号特征可有效地提高系统探测的灵敏度和准确性。
内容学习:雷达微弱目标智能化处理技术与应用.pdf

基于RSETransformer的信号增强算法系统框图

03 系统介绍


该平台立足科研人员及高校教学辅助进行开发,基于射频收发一体机架构,采用模块化软硬件设计,具备高度的可重构性、开放性和可扩展性。

硬件平台


为用户提供多种产品的定制化选择方案,并配备分频段天线阵以满足不同频率测向需求。
硬件平台定制方案


测向天线阵
采用维瓦尔第天线阵,满足不同频段、不同角度测向要求。主要用于来波信号的接收,并将接收的来波信号送至测向设备进行处理。


手动伺服转台布局示意图


1-刻度盘;
2-底座;
3-锁紧手轮

软件功能



实时频谱分析与空间谱测向软件则基于立思方弦丰®软件平台进行搭建,具备射频信号采集、存储、分析以及空间谱估计算法验证功能于一体的软件系统,支持信号落盘回放以及实时频谱分析,提供多通道空间谱测向功能。并提供开放的API接口,便于用户进行二次开发与集成。


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