一種新算法的干擾信號偵測、追蹤與定位系統(tǒng)設(shè)計

在大型集會場合，武警、公安在復(fù)雜電磁環(huán)境下要求快速準(zhǔn)確傳遞信息，完成執(zhí)勤、處突和反恐等任務(wù)，而自然環(huán)境和人為干擾將直接影響信息傳輸。準(zhǔn)確偵測定位干擾信號?？梢约皶r了解干擾環(huán)境的組成、特點和電磁態(tài)勢，有助于做出正確的應(yīng)對措施。目前，國內(nèi)外雖均有用于電磁檢測的設(shè)備，但價格昂貴，因此提出一種新算法的干擾信號偵測、追蹤與定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計的硬件設(shè)備、電路設(shè)計簡單。并具有小型靈活、簡單實用、性價比高等特性。

新算法與經(jīng)典算法比較

傳統(tǒng)目標(biāo)源定位中，計算目標(biāo)源經(jīng)度和緯度的經(jīng)典算法主要有2種：一是“兩點定位法”，即2條相對干擾源的定向射線(由測量時，定向天線給出的方向)交于一點，則這一交點，就是所要求的目標(biāo)點，如圖l所示。

這種算法缺點是在求解干擾源C的經(jīng)、緯度過程需考慮的情況較多。例如求解過程中，以測量點A為例，A點的經(jīng)度可能比B點高，或比B點低;A點的緯度可能比 B點高，或比B點低，這共有4種情況，再加上干擾點C的每一種情況對應(yīng)的2種不確定性，那么實際C點在求解過程中可能性共有4×4=16種。那么至少要編寫16個子程序，其編程過程異常復(fù)雜，且易于出錯。

二是“雙曲線定位法”，該定位法是以三個測量點中的任意兩個為雙曲線的焦點，并作兩對雙曲線，這兩對雙曲線必然有交點，該交點就是所求的干擾點。但這種方法也存在多種情況，分析比較復(fù)雜。因此基于該系統(tǒng)設(shè)計的要求，提出了一種新的定位算法。

該新算法主要優(yōu)點：建立數(shù)學(xué)模型，簡潔、明了和直觀地分析問題;極大改進(jìn)“兩點定位法”，避免各種復(fù)雜、繁瑣情況的出現(xiàn)，避免因南北半球或者經(jīng)、緯度的矢量性而產(chǎn)生的計算錯誤;簡化系統(tǒng)程序的復(fù)雜程度，提高程序的運(yùn)行速率，縮短程序運(yùn)行的周期，從而加快干擾源的追蹤和定位;精簡系統(tǒng)設(shè)備，降低設(shè)備成本，擴(kuò)展原有系統(tǒng)功能。

系統(tǒng)算法

該系統(tǒng)設(shè)計的核心算法可分成兩部分，一是干擾點的跟蹤和定位，也就是求解干擾源經(jīng)、緯度;二是求解距離，即求解干擾源C與測量點A和B的距離。軟件設(shè)計時，以模塊化的設(shè)計思想，結(jié)合TMS320F2812的指令及其硬件的結(jié)構(gòu)特點，系統(tǒng)軟件設(shè)計分為算法主程序和A/D轉(zhuǎn)換程序。

3.1 干擾偵測系統(tǒng)的基本原理

圖 2為干擾偵測與定位系統(tǒng)原理圖。為了直觀，把整個系統(tǒng)的主要原理圖抽象到二維平面坐標(biāo)系中，其中：A點為偵測的主機(jī)位置;B點為偵測的從機(jī)位置;C點為待測干擾源;Jl為主機(jī)測試點A和干擾源C點之間的連線與正北方向的夾角;J2為從機(jī)測試點B和干擾源C點之間的連線與正北方向的夾角。以A點為坐標(biāo)參考點，令A(yù)點坐標(biāo)為(AJ，AW)，則B點和C點的坐標(biāo)分別是(BJ—AJ，BW—AW)、(CJ—AJ，CW—AWl：坐標(biāo)X軸定義為經(jīng)度，Y軸定義為緯度。

假定坐標(biāo)系XOY中，在A點進(jìn)行干擾測試，當(dāng)頻譜儀的探測天線轉(zhuǎn)到與正北方向成J1角度時，干擾信號強(qiáng)度最大、干擾信號最強(qiáng)，因此可以確定干擾源就在射線 AA’上，其干擾信號與主機(jī)測量點(以正北方向為參考方向)的夾角就是Jl;同理，在從機(jī)探測點B點測量時，干擾源就在射線BB’上，其干擾信號與從機(jī)測量點(以正北方向為參考方向)的夾角就是J2;兩條射線AA’和BB’的交點就是干擾源C點，即完成干擾源的偵測和定位。假如測量過程中，干擾源不停移動，由于整個系統(tǒng)在定位時，干擾源的定位時間非常短暫，因此，經(jīng)過多次偵測和定位，可形成無數(shù)個C點組成的干擾源軌跡，從而發(fā)現(xiàn)干擾源的運(yùn)動參數(shù)，完成對干擾信號的追蹤。

3.2 計算干擾源經(jīng)度和緯度

在平面直角坐標(biāo)系XOY中，令干擾源C點的坐標(biāo)為(X，Y)，則直線AC的斜率為：

由上可知，坐標(biāo)系XOY中，求解C點的坐標(biāo)(X，Y)。令C點的經(jīng)度坐標(biāo)為CJ，緯度坐標(biāo)為CW，則最終C點的坐標(biāo)為(AJ+X，AW+Y)。干擾源C點的坐標(biāo)表達(dá)式中各項參數(shù)，均可由已知條件和測量結(jié)果獲得，因此該算法完成干擾源的追蹤與定位。

3.3 干擾源C點與偵測點A和B的距離

已知兩點的經(jīng)度和緯度，利用式(3)求解出這兩點之間的距離。通過計算得出主機(jī)偵測點A和干擾源C的經(jīng)度和緯度坐標(biāo)分別是(AJ,AW)和(AJ+x，AW+y)，則A和C的實際距離DAC可表示為：

算法應(yīng)用

WJ- 1型電磁干擾測量儀是基于該新算法而設(shè)計的，已應(yīng)用于北京奧運(yùn)會。該電磁干擾測量儀不僅能夠?qū)Ω蓴_信號進(jìn)行全方位偵測、追蹤、定位、計算出其移動中干擾信號運(yùn)動軌跡和尋找到干擾源最佳路徑，且還大大簡化原有抗干擾系統(tǒng)的設(shè)備的復(fù)雜度。而該設(shè)備中基于此算法由STCl2C5410AD單片機(jī)控制的自旋式超寬帶方向天線很好地解決抗干擾，簡化系統(tǒng)復(fù)雜度，節(jié)約成本。WJ-1型抗干擾偵測系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

整個系統(tǒng)分為主機(jī)和從機(jī)兩大部分，主機(jī)和從機(jī)配合工作，掃描干擾信號的自旋式超寬帶方向天線，計算模擬信號處理A/D轉(zhuǎn)換在主從機(jī)的各自數(shù)值。在從機(jī)中干擾信號經(jīng)頻譜儀分析處理后，得到的各項參數(shù)傳輸給主機(jī)，有CPU統(tǒng)一處理。中角度傳感器主要用于記錄自旋式超寬帶方向天線的旋轉(zhuǎn)角度，STC單片機(jī)用于控制角度傳感器和步進(jìn)電機(jī)，其中步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動其精度達(dá)0.05°/步，即平面方向精度可以達(dá) 0.05°/步。CPU綜合主機(jī)、從機(jī)中對干擾信號分析的各項參數(shù)和地理坐標(biāo)信息，經(jīng)計算得到干擾源的經(jīng)度、緯度，GPS導(dǎo)航后，顯示尋找干擾源的最佳路徑，同時也可在電子地圖上顯示干擾源周圍的地形地貌特征。[!--empirenews.page--]

提供了一種極優(yōu)算法，通過把復(fù)雜的干擾信號追蹤與定位問題抽象到數(shù)學(xué)模型中，大大簡化信號求解過程中的計算量，同時也簡化程序軟件設(shè)計。