利用ADALM-PLUTO构建单脉冲信号跟踪器

上周，我们让冥王星双元素数字波束成形器工作。现在它正在工作，我们可以用它做很多很酷的事情。在最后一篇博文中，我们将通过构建自适应信号跟踪器来介绍其中之一。我们将扫描房间，找到信号源，然后锁定它，这样即使信号源移动，我们也永远不需要重新扫描。我们将始终拥有完美的相移，为我们提供峰值信号和最大信噪比（SNR）。

单脉冲跟踪简介

回想一下，在上一篇博客中，我们形成了一个接收光束，然后确定了发射器的方向。这给了我们到达的方向（DOA）。但为了获得DOA，我们必须扫描所有可能的相移，然后选择最高的信号强度。这意味着对于真正的无线电系统，我们必须定期中断下载流并重新扫描。然后选择最佳信噪比（SNR）相移，然后重新建立链路。它不是一个非常有效的通信链接。值得庆幸的是，聪明的人已经找到了更好的方法来做到这一点。也许最流行的方法是使用“单脉冲跟踪”。

单脉冲跟踪是一种非常聪明的技术，在 1940 年代首次展示，至今仍在广泛使用。我们将在这里做这种技术的一种变体，但还有许多其他类型。让我们从头开始，了解它是如何工作的。从我们上一篇博客中，我们形成了一个接收光束，并有一个如下所示的设置：

我们将该接收波束称为“总和”波束。因为它是由RX1和RX2的总和形成的。当我们使用 Python 绘制它时，我们看到的是这样的东西：

所以这看起来不错，红线突出显示了 DOA。但我们也可以从Rx2中减去Rx1，我们称之为“三角洲”光束。如果你这样做，你会看到一个非常有趣的形状出现：

三角洲光束在 Sum 光束的峰值处给出一个尖锐的零点。让我们再绘制一件事：总和光束和三角光束之间的相位差。如果我们这样做，我们会得到这个更有趣的曲线：

相位差正好在该DOA点从负变为正。有了这条曲线，我们现在有了解释单脉冲跟踪概念所需的所有信息。

单脉冲跟踪的工作原理

假设阵列指向下面的蓝点 - 你指向Sum光束峰值的某个地方。当然，您希望达到总和光束峰值，因为这是最高SNR的位置。

你怎么知道，仅仅从冥王星数据的一个缓冲区（没有看到该曲线上的任何其他点），你需要多少和哪个方向来调整相移？容易！从总和到增量（黑色箭头）的差异与 DOA 误差的大小成反比。相位差的极性告诉哪个方向改变相位。这就是单脉冲跟踪背后的基本思想。或者至少这是我对它的快速解释。

希望到现在为止，Python 文件对你来说很简单。仅添加了 3 个新功能：scan_for_DOA、monopulse_angle和跟踪。“scan_for_DOA”功能对所有可能的相位进行一次完整扫描，然后找到峰值响应。这给了我们起点。启动时是我们唯一进行此扫描的时间。

monopulse_angle函数在总和和增量数据点之间执行相位减法。非常感谢特拉维斯·柯林斯博士建议我使用相关函数而不是我以前使用的简单时域减法！

最后，“跟踪”功能获取冥王星数据的单个缓冲区，并决定我们是否需要增加或减少相移。

让我们试试吧！

因此，现在，如果您点击运行，您应该会看到一个带状图样式的显示，该显示会更新 DOA 与时间的关系。当您移动发射器时，它将保持完美居中 - 所有这些都无需进行任何光束扫描！

审核编辑：郭婷