一种获取波束的方法及装置与流程

本申请涉及信号探测技术领域，具体而言，涉及一种获取波束的方法及装置。

背景技术：

传统的电子侦察装置，通过截获目标的辐射源主瓣信号(辐射信号)生成波束，基于波束来发现目标并测量目标的参数和方位，从而定位和跟踪目标。为了提升截获的辐射源主瓣信号的精度，电子侦察装置一般采用窄带数字波束形成技术以提升电子侦察装置的天线阵列增益，进而提高系统灵敏度。该窄带数字波束形成技术，需要目标的辐射源主瓣信号与电子侦察装置的中心频率相匹配时，才能得到最大值的波束，从而可以基于最大值的波束对目标进行测向，且能够使得测向精度最佳，但由于实际应用中，目标的辐射源主瓣信号的频率只是在以电子侦察装置的中心频率为中心的一定范围内，因而，当目标的辐射源主瓣信号与电子侦察装置的中心频率不相匹配时，会造成波束偏移，使得基于偏移的波束对目标进行测向，降低了电子侦察装置的测向精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种获取波束的方法及装置，提升电子侦察装置的测向精度。

第一方面，本申请实施例提供了一种获取波束的方法，该方法包括：

接收目标发射的辐射信号，对接收的辐射信号进行放大、滤波及变频处理，得到变频信号阵列；

对所述变频信号阵列进行采样，得到采样信号阵列；

对所述采样信号阵列进行插值处理，得到插值采样信号阵列；

基于插值采样信号阵列进行波束形成，得到波束。

可选地，利用下式对所述采样信号阵列进行插值处理：

式中，

x(x)为插值采样信号；

x(d(i-1))为频率fi-1对应的采样信号；

di为频率fi对应的相邻天线的虚拟距离；其中，

x为天线阵列的空间位置坐标，对应于频率fi：

x＝(0，di,...,(m-1)di)

d为天线阵列中相邻天线的物理距离；

f0为电子侦察装置的中心频率；

d0为按照中心频率设计的天线阵列的相邻天线的虚拟距离。

可选地，所述得到的波束包括低频段波束和高频段波束，所述基于插值采样信号阵列进行波束形成，得到波束，包括：

针对每一插值采样信号，对该插值采样信号进行傅里叶fft变换，将进行fft变换后的信号从频域上分成高、低两部分子频段，得到低频段信号和高频段信号；

基于各插值采样信号对应的低频段信号进行波束形成，得到预定数量的低频段波束，基于各插值采样信号对应的高频段信号进行波束形成，得到预定数量的高频段波束。

可选地，所述接收目标发射的辐射信号，对接收的辐射信号进行放大、滤波及变频处理，得到变频信号阵列，包括：

通过所述电子侦察装置的天线阵列接收目标发射的辐射信号，对接收的辐射信号进行处理形成辐射阵列信号；

利用所述电子侦察装置的接收通道阵列分别接收所述天线阵列输出的辐射阵列信号，所述接收通道阵列的每一接收通道分别与所述天线阵列的一天线相连；

利用所述电子侦察装置的放大变频器阵列分别对接收通道阵列输出的信号进行放大、滤波及变频处理，得到变频信号阵列，所述放大变频器阵列的每一放大变频器分别与所述接收通道阵列的一接收通道相连。

可选地，所述对所述变频信号阵列进行采样，得到采样信号阵列，包括：

利用电子侦察装置的数字采样器阵列对所述变频信号阵列进行采样，得到采样信号阵列，所述数字采样器阵列的每一数字采样器分别与所述放大变频器阵列的一放大变频器相连。

可选地，所述方法还包括：

基于得到的波束进行测向分析，得到所述目标的测向信息。

第二方面，本申请实施例提供了一种获取波束的装置，该装置包括：

接收信号处理模块，用于接收目标发射的辐射信号，对接收的辐射信号进行放大、滤波及变频处理，得到变频信号阵列；

采样模块，用于对所述变频信号阵列进行采样，得到采样信号阵列；

插值模块，用于对所述采样信号阵列进行插值处理，得到插值采样信号阵列；

波束形成模块，用于基于插值采样信号阵列进行波束形成，得到波束。

可选地，所述插值模块，具体用于利用下式对所述采样信号阵列进行插值处理，得到插值采样信号阵列：

式中，

x(x)为插值采样信号；

x(d(i-1))为频率fi-1对应的采样信号；

di为频率fi对应的相邻天线的虚拟距离；其中，

x为天线阵列的空间位置坐标，对应于频率fi：

x＝(0，di,...,(m-1)di)

d为天线阵列中相邻天线的物理距离；

f0为电子侦察装置的中心频率；

d0为按照中心频率设计的天线阵列的相邻天线的虚拟距离。

可选地，所述波束形成模块，具体用于：

针对每一插值采样信号，对该插值采样信号进行傅里叶fft变换，将进行fft变换后的信号从频域上分成高、低两部分子频段，得到低频段信号和高频段信号；

基于各插值采样信号对应的低频段信号进行波束形成，得到预定数量的低频段波束，基于各插值采样信号对应的高频段信号进行波束形成，得到预定数量的高频段波束。

可选地，还包括：

测向模块，用于基于得到的波束进行测向分析，得到所述目标的测向信息。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述的方法的步骤。

本申请实施例提供的一种获取波束的方法及装置，通过接收目标发射的辐射信号，对接收的辐射信号进行放大、滤波及变频处理，得到变频信号阵列；对所述变频信号阵列进行采样，得到采样信号阵列；对所述采样信号阵列进行插值处理，得到插值采样信号阵列；基于插值采样信号阵列进行波束形成，得到波束。这样，通过对采样信号的插值重采样，可以实现波束指向无偏移，从而提升电子侦察装置的截获概率，进而有效提升电子侦察装置的测向精度。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的获取波束的方法流程示意图；

图2为现有获取的波束示意图；

图3为本申请实施例获取的波束示意图；

图4为本申请实施例提供的获取波束的装置结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种计算机设备500的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

阵列流型是电子侦察装置中天线阵列接收的阵列信号处理的重要参数，阵列流型是接收信号频率的函数，天线阵列的阵列流型随频率变化。假设电子侦察装置中接收通道的中心频率为f0，带宽为b，空间入射角(辐射信号入射角)为θ，经滤波和变频处理后，采用窄带数字波束形成技术，即窄带加权处理方式，波束响应为：

式中，

f(θ,f)为波束响应；

m为采集通道数；

d为阵列天线的相邻天线之间的距离；

c为光速；

f为目标的辐射信号频率；

θ为目标的辐射信号的入射角；

f0为中心频率；

θ0为预先设定的波束指向角。

由式1)，当目标的辐射信号频率f在(f0-b/2，f0+b/2)范围内变化时，只有在f＝f0处，且当辐射信号的入射角θ等于设定的波束指向角θ0时，波束输出有最大值，即实际波束指向角等于设定的波束指向角θ0。

当目标的辐射信号频率f在其他非中心频率分量处，若当辐射信号的入射角θ满足：

波束输出有最大值，即实际波束指向角为：

式中，

δf为辐射信号频率与中心频率的差值，δf∈[-b/2,b/2]。

这样，当目标的辐射信号频率f在其他非中心频率分量处，实际波束指向角偏离设定的波束指向角，即目标的辐射源主瓣信号(辐射信号)的频率与电子侦察装置的中心频率不相匹配，使得基于偏移的波束对目标进行测向，测向精度较低。

本申请实施例中，考虑到天线阵列的波束输出是目标的辐射信号频率和入射角的函数，若需要保证目标的各频率点信号通过波束后有一致响应，需要重新设计数字波束形成技术，使波束响应与目标的辐射信号频率无关，这样，能够使实际波束指向角与设定的波束指向角相匹配。从波束响应公式1)可知，若能使df＝c，其中，c为常数，可以保障目标的各频率点信号通过波束后有一致响应，这样，实际波束指向角趋近于设定的波束指向角，从而能够提升基于实际波束对目标进行测向的测向精度。

本申请实施例中，以目标的辐射信号频率为变量，对波束响应进行微分，即df＝c，可以得到：

本申请实施例中，将天线阵列看成是空间采样器，空间采样器的阵元间距为空间采样间隔，从而采用对实际阵列信号进行空间插值的方法来等效改变空间采样间隔，即等效为用一个虚拟阵列对空间信号(阵列信号)进行采样，得到一组新阵列信号，从而将窄带数字波束扩展为宽带数字波束，使得基于宽带数字波束的波束响应与目标的辐射信号频率无关。

图1为本申请实施例提供的获取波束的方法流程示意图。如图1所示，应用于电子侦察装置，该方法包括：

步骤101，接收目标发射的辐射信号，对接收的辐射信号进行放大、滤波及变频处理，得到变频信号阵列；

本申请实施例中，利用天线阵列接收目标发射的辐射信号。作为一可选实施例，接收目标发射的辐射信号，对接收的辐射信号进行放大、滤波及变频处理，得到变频信号阵列，包括：

a11，通过所述电子侦察装置的天线阵列接收目标发射的辐射信号，对接收的辐射信号进行处理形成辐射阵列信号；

本申请实施例中，作为一可选实施例，电子侦察装置的天线阵列采用均匀天线阵列。其中，均匀天线阵列中相邻天线的距离为d，目标的辐射信号的入射角为θ，即辐射信号与天线法线方向的夹角为θ。本申请实施例中，均匀天线阵列包含的天线数为m，每一天线用于实现对辐射信号的接收和处理。

本申请实施例中，均匀天线阵列中的每一天线分别接收目标的辐射信号并进行相应处理，所有天线处理的信号形成辐射阵列信号。关于天线对接收的辐射信号进行处理，具体可参见相关技术文献，在此略去详述。

a12，利用所述电子侦察装置的接收通道阵列分别接收所述天线阵列输出的辐射阵列信号，所述接收通道阵列的每一接收通道分别与所述天线阵列的一天线相连；

本申请实施例中，接收通道阵列包含的接收通道数与天线阵列包含的天线数相等，接收通道与天线一一对应。

a13，利用所述电子侦察装置的放大变频器阵列分别对接收通道阵列输出的信号进行放大、滤波及变频处理，得到变频信号阵列，所述放大变频器阵列的每一放大变频器分别与所述接收通道阵列的一接收通道相连。

本申请实施例中，放大变频器阵列包括多个放大变频器，放大变频器用于对接收的信号进行信号放大、滤波以及变频处理。每一放大变频器与一接收通道相连。

本申请实施例中，作为一可选实施例，放大变频器包括放大器单元、滤波器单元以及变频器单元，其中，可利用放大器单元进行信号放大处理，利用滤波器单元进行滤波处理，利用变频器单元(下变频电路)进行变频处理。天线阵列接收到的辐射信号(射频信号)通过放大器单元、滤波器单元和下变频电路后，转变为中频信号。

步骤102，对所述变频信号阵列进行采样，得到采样信号阵列；

本申请实施例中，作为一可选实施例，利用电子侦察装置的数字采样器阵列对所述变频信号阵列进行采样，得到采样信号阵列，所述数字采样器阵列的每一数字采样器分别与所述放大变频器阵列的一放大变频器相连。

本申请实施例中，对下变频电路输出的中频信号进行数字采样和量化，得到数字阵列信号。作为一可选实施例，数字采样的采样率满足奈奎斯特定理。

本申请实施例中，数字采样器阵列由m个数字采样器组成，每一数字采样器与一放大变频器相连，用于对该放大变频器输出的中频信号进行采样。关于放大变频器对中频信号进行采样和量化，具体可参见相关技术文献，在此略去详述。

步骤103，对所述采样信号阵列进行插值处理，得到插值采样信号阵列；

本申请实施例中，为保证各频率点信号通过波束后有一致响应，使波束输出与频率无关，达到宽带波束形成的目的，对各数字采样器采样到的采样信号分别进行空间插值，从而改变采样信号的采样间隔，得到插值采样信号，对插值采样信号采用窄带的方法进行加权处理，即可得到辐射信号对应的频点下的波束输出。

本申请实施例中，作为一可选实施例，分别对每一采样器采样得到的采样信号进行插值处理，即进行重采样。

本申请实施例中，作为一可选实施例，对于均匀天线阵列，采用sinc函数对采样信号进行插值处理，进行插值处理后的插值采样信号为：

式中，

x(x)为插值采样信号；

x(d(i-1))为频率fi-1对应的采样信号；

di为频率fi对应的相邻天线的虚拟距离；其中，

x为天线阵列的空间位置坐标，对应于频率fi：

x＝(0，di,...,(m-1)di)

d为天线阵列中相邻天线的物理距离；

f0为电子侦察装置的中心频率；

d0为按照中心频率设计的天线阵列的相邻天线的虚拟距离。

本申请实施例中，

本申请实施例中，采用sinc函数对采样信号(采样信号阵列)进行插值的过程可称为空间重采样，利用上式5)可以得到空间重采样后的插值采样信号，然后按照相邻天线的虚拟距离di来设计加权值，再对该插值采样信号进行加权处理得到该频率下的波束输出。

步骤104，基于插值采样信号阵列进行波束形成，得到波束。

本申请实施例中，分别对各频点的插值采样信号阵列进行加权处理，得到各频点下的波束输出，不同频点对应的加权系数不同。通过采用均匀天线列阵，能够提高电子侦察装置的增益，从而提升电子侦察装置的探测灵敏度。

本申请实施例中，作为一可选实施例，得到的波束包括低频段波束和高频段波束，基于插值采样信号阵列进行波束形成，得到波束，包括：

b11，针对每一插值采样信号，对该插值采样信号进行傅里叶(fft)变换，将进行fft变换后的信号从频域上分成高、低两部分子频段，得到低频段信号和高频段信号；

本申请实施例中，分别对插值采样信号进行fft变换，将每一fft变换的信号进行高、低子频段的频域划分。

b12，基于各插值采样信号对应的低频段信号进行波束形成，得到预定数量的低频段波束，基于各插值采样信号对应的高频段信号进行波束形成，得到预定数量的高频段波束。

本申请实施例中，作为一可选实施例，针对各数字采样器对应的低频段信号，进行低频段波束形成，针对各数字采样器对应的高频段信号，进行高频段波束形成。

本申请实施例中，作为一可选实施例，对于不同频点，通过选取不同的权值对插值采样信号进行加权处理，能够使不同频点的波束输出在同一方位，从而有效增大电子侦察装置的瞬时带宽。

本申请实施例中，作为一可选实施例，该方法还包括：

基于得到的波束进行测向分析，得到所述目标的测向信息。

本申请实施例中，基于低频段波束和高频段波束进行测向分析。

本申请实施例中，对波束进行目标检测、参数测量，得到信号参数信息。作为一可选实施例，可以将各低频段信号输入第一阵列信号处理板，将各高频段信号输入第二阵列信号处理板，每一块阵列信号处理板实现相应频段信号处理，包括宽带波束形成、参数提取和测向等。

本申请实施例中，作为一可选实施例，接收通道数设置为16，对应的数字采样器数为16，16个数字采样器集成在4块采集电路板上，每一采集电路板包含4个数字采样器(采集通道)。

本申请实施例中，通过对采样信号的重采样处理，可以大幅度提升电子侦察装置的瞬时频域覆盖范围，可以实现全时宽频域，利用重采样得到的插值采样信号阵列进行多波束处理，使得波束响应可以与目标的辐射信号频率无关，能够有效提升电子侦察装置的探测灵敏度和瞬时频域覆盖范围，实现目标的高概率截获和精确测向，为信号侦察和处理提供支持。

图2为现有获取的波束示意图；

图3为本申请实施例获取的波束示意图。

参见图2和图3，对波束形成算法进行仿真分析，两者的仿真条件相同，图2中，5个频率的波束形成频偏。而图3中，通过插值处理，5个频率的波束主瓣基本重合在一起，从而保证了各频率波束的一致性，提升了电子侦察装置的探测灵敏度和瞬时频域覆盖范围，从而提升电子侦察装置基于波束的测向精度。

图4为本申请实施例提供的获取波束的装置结构示意图。如图4所示，该装置为电子侦察装置，包括：

接收信号处理模块401，用于接收目标发射的辐射信号，对接收的辐射信号进行放大、滤波及变频处理，得到变频信号阵列；

采样模块402，用于对所述变频信号阵列进行采样，得到采样信号阵列；

插值模块403，用于对所述采样信号阵列进行插值处理，得到插值采样信号阵列；

波束形成模块404，用于基于插值采样信号阵列进行波束形成，得到波束。

本申请实施例中，作为一可选实施例，插值模块403，具体用于利用下式对所述采样信号阵列进行插值处理，得到插值采样信号阵列：

式中，

x(x)为插值采样信号；

x(d(i-1))为频率fi-1对应的采样信号；

di为频率fi对应的相邻天线的虚拟距离；其中，

x为天线阵列的空间位置坐标，对应于频率fi：

x＝(0，di,...,(m-1)di)

d为天线阵列中相邻天线的物理距离；

f0为电子侦察装置的中心频率；

d0为按照中心频率设计的天线阵列的相邻天线的虚拟距离。

本申请实施例中，作为一可选实施例，波束形成模块404，具体用于：

针对每一插值采样信号，对该插值采样信号进行傅里叶fft变换，将进行fft变换后的信号从频域上分成高、低两部分子频段，得到低频段信号和高频段信号；

基于各插值采样信号对应的低频段信号进行波束形成，得到预定数量的低频段波束，基于各插值采样信号对应的高频段信号进行波束形成，得到预定数量的高频段波束。

本申请实施例中，作为一可选实施例，接收信号处理模块401，具体用于：

通过所述电子侦察装置的天线阵列接收目标发射的辐射信号，对接收的辐射信号进行处理形成辐射阵列信号；

利用所述电子侦察装置的接收通道阵列分别接收所述天线阵列输出的辐射阵列信号，所述接收通道阵列的每一接收通道分别与所述天线阵列的一天线相连；

利用所述电子侦察装置的放大变频器阵列分别对接收通道阵列输出的信号进行放大、滤波及变频处理，得到变频信号阵列，所述放大变频器阵列的每一放大变频器分别与所述接收通道阵列的一接收通道相连。

本申请实施例中，作为一可选实施例，采样模块402，具体用于：

利用电子侦察装置的数字采样器阵列对所述变频信号阵列进行采样，得到采样信号阵列，所述数字采样器阵列的每一数字采样器分别与所述放大变频器阵列的一放大变频器相连。

本申请实施例中，作为一可选实施例，该装置还包括：

测向模块(图中未示出)，用于基于得到的波束进行测向分析，得到所述目标的测向信息。

如图5所示，本申请一实施例提供了一种计算机设备500，用于执行图1的获取波束的方法，该设备包括存储器501、处理器502及存储在该存储器501上并可在该处理器502上运行的计算机程序，其中，上述处理器502执行上述计算机程序时实现上述获取波束的方法的步骤。

具体地，上述存储器501和处理器502能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器502运行存储器501存储的计算机程序时，能够执行上述获取波束的方法。

对应于图1的获取波束的方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述获取波束的方法的步骤。

具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述获取波束的方法。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。