改进的干涉仪测向方法研究

　　0　引言

　　干涉仪测向具有适用于天线阵列形式多样、测向精度高、算法简单等优点,是无源测向技术中应用最为广泛的测向体制。为了提高测向精度,需要延长天线阵元之间的基线长度。但当基线长度超过入射信号的半个波长时,将会出现相位模糊的问题。采用长短基线相结合的方法,不仅可以保证无模糊测向,并且能够达到较高的测向精度。但是在天线、布阵形式确定的条件下,例如,由于天线阵元的设计尺寸的影响,使得2个天线阵元的中心间距(即最短基线)仍大于入射信号的半个波长,此时,传统的长短基线测向体制也无法解决相位模糊问题。

　　本文针对这一问题,采用剩余定理巧妙算出测向过程中已发生了跳周的相位值,消除相位混叠的影响,保证测向结果的正确。

　　1　长短基线匹配测向原理

　　干涉仪测向是通过测量同一电波到达不同测向天线单元接收信号的相位差确定来波方向。如图1所示,A、B为一条基线上的2个天线单元,基线长度为d,入射信号的波长为λ,与法线方向夹角为θ,信号波前到达天线阵元A、B时的相位差为ψAB,

　　假设入射信号波长与短、长基线比分别为α1与α2,而且短基线d1上无相位模糊,则对入射信号而言,由长短基线测得的角度数据分别为:

　　考虑到n为整数,而2条基线上相位差测量值均有误差,将上式改进为:

　　式中,y=[x]round表示y为x的四舍五入整数。

　　当2条基线上的相位差测量值均有较大误差(如存在反射信号而使入射信号波前有较大畸变)时,α2/α1较大则容易产生错误匹配。仿真研究表明,当多径信号较强时,α2/α1不宜超过2.5。

　　2　改进的长短基线干涉仪测向方法

　　2.1　中国剩余定理在干涉仪测向中的应用

　　中国剩余定理数学模型可表示为:令a 2,如果r1,r2,…,ra是正数,n1,n2,…,na为素数,则存在H满足:假设入射信号与法线方向夹角在(-30°,30°)范围内,由式(1)可得短基线应小于λ才能保证ψAB不存在相位模糊。天线直径为60 cm(频段范围1 080 MHz±125 MHz)的抛物面天线,设计最小基线长度应该小于0.248 m。但由于2个天线阵元的最小设计间距只能保证达到3λmin=75 cm,导致结果会产生相位模糊。如果再加一个天线阵元,与第2个天线阵元的间距为4λmin,3个天线阵元可以看成2组,它们的间距分别是3和4倍的λ。3和4是互素的,应用中国剩余定理可以求解所需的θ。

　　由此可见,利用中国剩余定理巧妙地解决相位模糊的问题,而在实际应用中总会遇到噪声影响和测量误差等问题。首先,理论上剩余定理中的余数应当是非常准确的整数,但在工程应用中不可能完全满足这个前提,余数往往并不是整数;其次,在余数计算中总会一定的噪声和测量误差。因此,在测向方案实现的过程中可以通过增加天线阵元的个数,来提高计算准确度,从而改善测向抗噪声性能,提高测向精度。