圆阵干涉仪测向研究

　　1　引言

　　干涉仪测向体制属于相位法测向体制,主要利用电波到达测向天线阵时,由于不同天线空间位置不同导致各天线单元接收的信号相位不同,通过测定来波在各阵元上的相位差求解来波方向。干涉仪测向技术自出现以来,因其测向精度高、灵敏度高、结构简单、原理清晰、观测频带宽等优点在电磁环境监测、电子对抗、雷达、声纳、导航等领域得到了广泛应用。尤其随着数字信号处理器的发展,数字干涉仪测向逐步成熟,线阵已实际应用,但圆阵干涉仪测向算法实用较少。

　　本文给出了一种实用的五单元圆阵宽带干涉仪测向机实现方案及误差分析。

　　2　五单元圆阵干涉仪信号模型与测向方法

　　在图1所示的XYZ坐标系中,圆阵位于XY平面内,坐标原点为圆心,五个天线单元均匀分布于1~5点。入射方向二维角度为(α,β),α为入射方向与X轴夹角,β为入射方向与Z轴夹角。为提高测向精度,采用长基线形成的相位差进行测向。

　　令阵元间夹角ω=2π/5,点1阵元夹角γ=π/2-2π/5。则可利用的5条长基线相位差信号模型如下:

　　利用两条基线的相位差组合即可进行二维测向,以其中一组为例进行测向说明:首先对分别求和与差:

　　3　相位解模糊问题

　　由于相位干涉仪测量的相位差范围是[-π,π]。如果基线相位差范围超过这个范围,会出现相位模糊,我们只能得到以2π为周期的模糊值,只是真实相位差在[-π,π]之间的投影。这样:真实相位差=测量相位差+模糊数×2π,为此我们需要求出模糊数进行真实相位差解算。

　　如果采用真实相位差,各个基线组会得到相同的二维角度计算结果。但是出现模糊现象时,各个基线组得不到准确的解,结果也不相同。

　　根据这个结论,可以采用模糊数搜索的方法进行解模糊。通常在实际使用中,为减少计算量,要充分利用一些先验信息。例如入射角度范围、信号频率范围等等。可根据这些信息,确定模糊数出现范围。在这范围内进行搜索,当各个基线组测定的二维角度相近时,我们认为是真实相位差。

　　通过上述分析解模糊算法如下:

　　(1)利用已知条件,进行相位差分析,得到模糊数范围;可确定的范围越小,计算量就越少。

　　(2)首先利用数字鉴相求出天线单元之间的长基线相位差,也即是测量相位差。

　　(3)将范围内的所有模糊数代入,求出所有可能的相位差集合：。

　　(4)利用两两基线组的相位差集合，，；构造式(9)复数。可剔除模值大于1的复数,减少计算量。

　　(5)选用得到的复数作为参考组。选取其中一点,求出与第二组得到的复数点集合中的最近距离,再依次求出与第三组、第四组、第五组的复数点集合与该点最近距离。最后对这四个最近距离求和,作为与该点聚类程度评估值。求出参考组中所有点的聚类程度值,聚类程度值最低的某个点,既为无模糊点,并由此得到正确估计角度。