本實用新型涉及無線電測向技術領域，更具體地說涉及一種單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)。
背景技術：
一方面，社會的發(fā)展促使無線電事業(yè)迅速發(fā)展，無線電測向技術作為無線電監(jiān)測、技術偵查和電子對抗的一項重要的技術手段，已得到業(yè)界越來越多的關注。根據(jù)測向原理的不同，測向體制可分為幅度法、相位法、多普勒法、時間差法和空間譜估計法等。
幅度法測向系統(tǒng)由于其結構簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而被廣泛運用于無線電測向領域。幅度法按幅度信息利用方式的不同，可細分為最大信號法（也稱大音點法）、最小信號法（也稱小音點法）和幅度比較法；按接收通道數(shù)量的不同，可細分為單通道和多通道兩種；按接收天線數(shù)量的不同，可細分為單天線和多天線兩種。對于多通道幅度法測向系統(tǒng)，系統(tǒng)要求每個波束天線和其接收通路都有著嚴格一致的幅度特性；而基于單接收通道的幅度法測向系統(tǒng)降低了各通道幅度特性不一致對系統(tǒng)測向性能的影響，其測向精度可得到大幅度提高，但時效性不如多通道幅度法測向系統(tǒng)。
目前已有的幅度法測向技術分別具有以下缺陷：
1、最大信號法測向雖然測向靈敏度高，但測向精確度不高，測向速度慢。因為一方面，定向天線的方向圖在最大增益角度附近變化平緩，對角度變化不敏感；另一方面，需要大量的天線方位角-信號強度數(shù)據(jù)對，才能得出最大信號所在的天線方位角。
2、最小信號法雖然測向精確度較高，但測向靈敏度不高，測向速度慢。因為一方面，定向天線的方向圖在最小增益角度附近變化陡峭，但此處天線增益低；另一方面，需要大量的天線方位角-信號強度數(shù)據(jù)對，才能得出最大信號所在的天線方位角。
3、已有的幅度比較法，幅度的比較由電路實現(xiàn)，對部件的一致性要求高，調(diào)試難度大，且只能進行實時測向。
第二方面，隨著無線電技術的迅猛發(fā)展，高速跳頻、擴頻、時分復用、復雜調(diào)制等新技術得到越來越廣泛的應用，短脈沖信號、掃頻干擾等各種低截獲概率信號日益增多，利用傳統(tǒng)技術手段進行無線電信號監(jiān)測面臨諸多困難，難以對瞬態(tài)信號和不同瞬時發(fā)射概率的同頻信號進行測向。而數(shù)字熒光頻譜技術合理解決快速傅里葉變換（FFT）頻譜速度快而人眼觀察速度有限的瞬時頻譜幅度分布頻次分析顯示技術，可以在瞬時間內(nèi)累積大量的頻譜圖，累積效果用位圖顏色顯示，顏色對應規(guī)則一般是紅色、橙色、黃色等暖色表明發(fā)生頻次（即出現(xiàn)概率）較高，黑色、藍色、淺藍色等冷色表明發(fā)生頻次較低，還可以使用其它幅度等級方案。這樣就能將快速的、隱秘的信號變化過程用瞬時頻譜幅度分布頻次的形式展現(xiàn)出來，能夠偵測各種瞬態(tài)信號、同頻信號，滿足復雜電磁環(huán)境下的無線電監(jiān)測工作需要。典型的產(chǎn)品有美國泰克公司生產(chǎn)的H500/H600型便攜式實時頻譜分析儀和RSA6100A系列實時頻譜分析儀、德國羅德與施瓦茨公司生產(chǎn)ESMD型監(jiān)測接收機、美國是德科技公司生產(chǎn)的9020/9030型頻譜分析儀配置RTSA選件等等。利用數(shù)字熒光頻譜數(shù)據(jù)進行測向，就能夠解決瞬態(tài)信號和不同瞬時發(fā)射概率的同頻信號的測向難題，但傳統(tǒng)的測向方法大都不適用數(shù)字熒光頻譜。成都點陣科技有限公司對此作了有益的探索，2011年將數(shù)字熒光頻譜技術用于其DZM-80型便攜式監(jiān)測測向系統(tǒng)中，震驚美國，導致美國泰克公司的H600型實時頻譜儀對中國的禁運。從本質(zhì)上說，成都點陣科技有限公司當時采用的仍然是最大信號法，申請了申請?zhí)枮?01110209773.7的“利用瞬時頻譜幅度分布頻次數(shù)據(jù)的無線電測向方法”發(fā)明專利，由于在主權利項表述得創(chuàng)新性不夠，未獲得專利權。
第三方面，最優(yōu)化方法也稱做運籌學方法，是近幾十年形成的，它主要運用數(shù)學方法研究各種系統(tǒng)的優(yōu)化途徑及方案，目的在于針對所研究的系統(tǒng)，求得一個合理運用各子系統(tǒng)能力的最佳方案，發(fā)揮和提高系統(tǒng)的效能及效益，最終達到系統(tǒng)的最優(yōu)目標。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、商業(yè)、國防、建筑、通信、政府機關等各部門各領域的實際工作中，人們經(jīng)常會遇到求函數(shù)的極值或最大值最小值問題，這一類問題就是最優(yōu)化問題，而求解最優(yōu)化問題的數(shù)學方法被稱為最優(yōu)化方法，它主要解決最優(yōu)生產(chǎn)計劃、最優(yōu)分配、最佳設計、最優(yōu)決策、最優(yōu)管理等求函數(shù)最大值、最小值問題。但迄今尚未用于無線電測向領域。
技術實現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，本實用新型將最優(yōu)化方法引入無線電測向領域，提供了一種單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)，本實用新型采用一付已知方向特征的定向天線接收無線電信號，并對接收到的無線電信號進行處理，通過最優(yōu)化方法進行測向。本實用新型的目的在于：解決現(xiàn)有技術中測向靈敏度、精確度和測向速度不能兼顧的問題，提出了一種兼有高靈敏度、高精確度，對部件的一致性要求不高，能夠快速的測向的幅度測向系統(tǒng)及方法；同時還能夠滿足最優(yōu)化計算所需數(shù)據(jù)，可以對測量結果進行最優(yōu)化計算，快速地進行測向。
為了解決上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本實用新型是通過下述技術方案實現(xiàn)的：
單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)，其特征在于：包括
一付用于手動或自動旋轉(zhuǎn)的、已知方向特征的和定單向的定向天線；
用于接收定向天線接收到的無線電信號，并將接收到的無線電信號的幅頻特征處理為熒光頻譜數(shù)據(jù)的監(jiān)測接收設備；
用于與監(jiān)測接收設備連接，并處理監(jiān)測接收設備測得的熒光頻譜數(shù)據(jù)，進行無線電測向的微處理器；
用于與微處理器連接，并在微處理器的控制下與定向天線以相同方向相同角速度轉(zhuǎn)動的，測量定向天線所指向方位角的電子羅盤；
所述定向天線與監(jiān)測接收設備通信連接，所述監(jiān)測接收設備與微處理器雙向通信連接，所述電子羅盤與微處理器雙向通信連接，所述電子羅盤與定向天線固定連接，并隨定向天線以相同角速度轉(zhuǎn)動。
所述定向天線包括對數(shù)周期天線、八木天線、喇叭天線、雙脊喇叭天線或復合環(huán)天線。
所述監(jiān)測接收設備包括熒光頻譜無線電接收機或熒光頻譜儀。
本實用新型還公開了一種適用于本實用新型單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)的單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向方法，其特征在于：
通過一付已知方向特征的且定單向的定向天線，接收無線電信號；
通過電子羅盤測量定向天線指向的方位角；
通過監(jiān)測接收設備接收定向天線接收到的無線電信號，并將接收到的無線電信號的幅頻特征處理為熒光頻譜數(shù)據(jù)；
通過微處理器接收電子羅盤測量的定向天線指向的方位角和監(jiān)測接收設備測量的熒光頻譜數(shù)據(jù)，獲得不同方位角上特定頻率和特定瞬時概率的實測信號強度；
在微處理器中，采用最優(yōu)化算法進行建模，以信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率的實測信號強度與根據(jù)定向天線的天線特性推算的信號強度之間偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；
通過微處理器進行最優(yōu)化計算，求解特定頻率和特定瞬時概率上的信號來波方向，使得偏差累積量最小的信號方位角即是信號來波方向。
所述定向天線進行測量的方位角的數(shù)量N滿足N≥CEIL（360÷S），且N≥3，任意2個相鄰方位的夾角不大于S，其中S表示定向天線的主波束寬度。
所述無約束非線性規(guī)劃模型為最小二乘法模型或最小距離法模型。
所述最小距離法模型包括最小曼哈頓距離模型、最小歐式距離模型或最小切比雪夫距離模型。
所述定向天線的旋轉(zhuǎn)方式為手動旋轉(zhuǎn)式或自動旋轉(zhuǎn)式。
對于連續(xù)發(fā)射或者發(fā)射概率高的信號，在微處理器上以自動測量方式接收無線電信號。
對于發(fā)射概率低的信號，在微處理器上以人工確認測量的方式接收無線電信號，以確保接收到有效數(shù)據(jù)。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所帶來的有益的技術效果表現(xiàn)在：
1、本實用新型公開的測向系統(tǒng)，兼有最大信號法、最小信號法和已有幅度比較法的優(yōu)點，充分利用了定向天線的所有方向特性，測向靈敏度高，測向精確度也高，而且對部件的一致性要求不高；為最優(yōu)化計算提供數(shù)據(jù)支撐，不僅能夠?qū)崟r測向，也能夠利用存儲的數(shù)據(jù)事后測向。
2、本實用新型還提供了一種最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向方法，本實用新型公開的測向方法可以達到實時測向，本實用新型的測向方法兼有最大信號法、最小信號法和已有幅度比較法的優(yōu)點，充分利用了定向天線的所有方向特性，測向靈敏度高，測向精確度也高，而且對部件的一致性要求不高；為最優(yōu)化計算提供數(shù)據(jù)支撐，不僅能夠?qū)崟r測向，也能夠利用存儲的數(shù)據(jù)事后測向。
3、可以適用于本實用新型測向系統(tǒng)的測向方法，以信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率和特定瞬時概率的實測信號強度與根據(jù)定向天線的天線特性推算的信號強度之間偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；并通過微處理器進行最優(yōu)化計算，求解特定頻率上的信號來波方向，使得偏差累積量最小的信號方位角即是信號來波方向，實現(xiàn)了無線電信號的實時測向，與現(xiàn)有技術相比本實用新型方法的效果表現(xiàn)在：測向速度比傳統(tǒng)的最大信號法和最小信號法快。因為對于長發(fā)信號，采用連續(xù)轉(zhuǎn)動天線的方式時，定向天線不必旋轉(zhuǎn)滿360°，可以缺省定向天線主波束寬度和120°兩者中的最小角度，就能夠準確測向；對于發(fā)射概率低的信號，以人工確認測量的方式接收無線電信號時，只需要定向天線進行測量的方位角的數(shù)量N滿足N≥CEIL（360÷S），且N≥3，任意2個相鄰方位的夾角不大于S，其中S表示定向天線的主波束寬度，就能夠準確測向。
附圖說明
圖1為本實用新型系統(tǒng)結構示意圖。
具體實施方式
實施例1
作為本實用新型一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)，包括：
一付用于手動或自動旋轉(zhuǎn)的、已知方向特征的和定單向的定向天線；
用于接收定向天線接收到的無線電信號，并將接收到的無線電信號的幅頻特征處理為熒光頻譜數(shù)據(jù)的監(jiān)測接收設備；
用于與監(jiān)測接收設備連接，并處理監(jiān)測接收設備測得的熒光頻譜數(shù)據(jù)，進行無線電測向的微處理器；
用于與微處理器連接，并在微處理器的控制下與定向天線以相同方向相同角速度轉(zhuǎn)動的，測量定向天線所指向方位角的電子羅盤；
所述定向天線與監(jiān)測接收設備通信連接，所述監(jiān)測接收設備與微處理器雙向通信連接，所述電子羅盤與微處理器雙向通信連接，所述電子羅盤與定向天線固定連接，并隨定向天線以相同角速度轉(zhuǎn)動。
實施例2
作為本實用新型又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)，包括：
一付用于手動或自動旋轉(zhuǎn)的、已知方向特征的和定單向的定向天線；
用于接收定向天線接收到的無線電信號，并將接收到的無線電信號的幅頻特征處理為熒光頻譜數(shù)據(jù)的監(jiān)測接收設備；
用于與監(jiān)測接收設備連接，并處理監(jiān)測接收設備測得的熒光頻譜數(shù)據(jù)，進行無線電測向的微處理器；
用于與微處理器連接，并在微處理器的控制下與定向天線以相同方向相同角速度轉(zhuǎn)動的，測量定向天線所指向方位角的電子羅盤；
所述定向天線與監(jiān)測接收設備通信連接，所述監(jiān)測接收設備與微處理器雙向通信連接，所述電子羅盤與微處理器雙向通信連接，所述電子羅盤與定向天線固定連接，并隨定向天線以相同角速度轉(zhuǎn)動；
在本實施例中，定向天線可以是對數(shù)周期天線，也可以是八木天線，還可以是喇叭天線，還可以是雙脊喇叭天線，還可以是復合環(huán)天線。
實施例3
作為本實用新型又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)，包括：
一付用于手動或自動旋轉(zhuǎn)的、已知方向特征的和定單向的定向天線；
用于接收定向天線接收到的無線電信號，并將接收到的無線電信號的幅頻特征處理為熒光頻譜數(shù)據(jù)的監(jiān)測接收設備；
用于與監(jiān)測接收設備連接，并處理監(jiān)測接收設備測得的熒光頻譜數(shù)據(jù)，進行無線電測向的微處理器；
用于與微處理器連接，并在微處理器的控制下與定向天線以相同方向相同角速度轉(zhuǎn)動的，測量定向天線所指向方位角的電子羅盤；
所述定向天線與監(jiān)測接收設備通信連接，所述監(jiān)測接收設備與微處理器雙向通信連接，所述電子羅盤與微處理器雙向通信連接，所述電子羅盤與定向天線固定連接，并隨定向天線以相同角速度轉(zhuǎn)動；
在本實施例中，定向天線可以是對數(shù)周期天線，也可以是八木天線，還可以是喇叭天線，還可以是雙脊喇叭天線，還可以是復合環(huán)天線；
在本實施例中監(jiān)測接收設備可以是熒光頻譜無線電接收機，也可以是熒光頻譜儀。
實施例4
本實施例提供了一種適用于本實用新型單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)的測向方法，本實施例公開了：
單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向方法，通過一付已知方向特征的且定單向的定向天線，接收無線電信號；通過電子羅盤測量定向天線指向的方位角；通過監(jiān)測接收設備接收定向天線接收到的無線電信號，并將接收到的無線電信號的幅頻特征處理為熒光頻譜數(shù)據(jù)；通過微處理器接收電子羅盤測量的定向天線指向的方位角和監(jiān)測接收設備測量的熒光頻譜數(shù)據(jù)，獲得不同方位角上特定頻率和特定瞬時概率上的實測信號強度；通過微處理器進行最優(yōu)化建模，以信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率和特定瞬時概率上的實測信號強度與根據(jù)定向天線的天線特性推算的信號強度之間偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；通過微處理器進行最優(yōu)化計算，求解特定頻率上的信號來波方向，使得偏差累積量最小的信號方位角即是信號來波方向。
實施例5
本實施例提供了一種適用于本實用新型單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)的測向方法，本實施例公開了：
單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向方法，通過一付已知方向特征的且定單向的定向天線，接收無線電信號；通過電子羅盤測量定向天線指向的方位角；通過監(jiān)測接收設備接收定向天線接收到的無線電信號，并將接收到的無線電信號的幅頻特征處理為熒光頻譜數(shù)據(jù)；通過微處理器接收電子羅盤測量的定向天線指向的方位角和監(jiān)測接收設備測量的熒光頻譜數(shù)據(jù)，獲得不同方位角上特定頻率和特定瞬時概率上的實測信號強度；通過微處理器進行最優(yōu)化建模，以信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率和特定瞬時概率上的實測信號強度與根據(jù)定向天線的天線特性推算的信號強度之間偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；通過微處理器進行最優(yōu)化計算，求解特定頻率上的信號來波方向，使得偏差累積量最小的信號方位角即是信號來波方向；
在本實施例中，定向天線旋轉(zhuǎn)的角度不需要滿足360o，只需要滿足360o-S或者240o中較大一個幅度范圍，就可以滿足無線電測向；在本實施例中，定向天線在設定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)進行測量的方位角的數(shù)量需要滿足N ≥CEIL（360÷S），且N≥3，且任意2個相鄰方位的夾角不大于S，其中S表示定向天線的主波束寬度。
實施例6
本實施例提供了一種適用于本實用新型單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)的測向方法，本實施例公開了：
單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向方法，通過一付已知方向特征的且定單向的定向天線，接收無線電信號；通過電子羅盤測量定向天線指向的方位角；通過監(jiān)測接收設備接收定向天線接收到的無線電信號，并將接收到的無線電信號的幅頻特征處理為熒光頻譜數(shù)據(jù)；通過微處理器接收電子羅盤測量的定向天線指向的方位角和監(jiān)測接收設備測量的熒光頻譜數(shù)據(jù)，獲得不同方位角上特定頻率和特定瞬時概率上的實測信號強度；通過微處理器進行最優(yōu)化建模，以信號方位角為決策變量，以不同方位角上特定頻率和特定瞬時概率上的實測信號強度與根據(jù)定向天線的天線特性推算的信號強度之間偏差的累積量為目標函數(shù)，建立無約束非線性規(guī)劃模型；通過微處理器進行最優(yōu)化計算，求解特定頻率上的信號來波方向，使得偏差累積量最小的信號方位角即是信號來波方向；
在本實施例中，定向天線旋轉(zhuǎn)的角度不需要滿足360o，只需要滿足360o-S或者240o中較大一個幅度范圍，就可以滿足無線電測向；在本實施例中，定向天線在設定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)進行測量的方位角的數(shù)量需要滿足N ≥CEIL（360÷S），且N≥3，且任意2個相鄰方位的夾角不大于S，其中S表示定向天線的主波束寬度；
在本實施例中，建立的無約束非線性規(guī)劃模型，可以是通過最小二乘法建立的最小二乘法模型，也可以是通過最小距離法建立的最小距離法模型；通過最小距離法建立模型時，還可以建立最小曼哈頓距離模型，也可以建立最小歐式距離模型，還可以建立最小切比雪夫距離模型。
實施例7
本實施例提供了一種適用于本實用新型單天線最優(yōu)化比幅熒光頻譜無線電測向系統(tǒng)的測向方法，本實施例是在實施例5或6上作出的進一步的補充，在本實施例中，定向天線的旋轉(zhuǎn)方式可以是手動式旋轉(zhuǎn)，也可以是自動式旋轉(zhuǎn)，自動式旋轉(zhuǎn)可以是電動旋轉(zhuǎn)；而測量方式根據(jù)無線電信號的不同，可以采用不同的測量方式，對于連續(xù)發(fā)射或者發(fā)射概率高的信號，在微處理器上以自動測量方式接收無線電信號；對于發(fā)射概率低的信號，在微處理器上以人工確認測量的方式接收無線電信號，以確保接收到有效數(shù)據(jù)。