改进的相关干涉仪测向处理方法

　　在现有的测向体制中,基于相位测量的干涉仪技术具有测向精度高、算法简单、速度快等优点[1,2],适用于任意结构的天线阵列,在电子对抗装备中获得广泛应用,如美国的AN/APR248A,AN/ALQ2125,ZS22000和以色列的RAS22“猫头鹰”等系统.

      为了提高测向精度和抗多径能力,干涉仪测向机一般要使用大于半波长的长基线,此时会出现相位差测量模糊,虽然可采用长短基线匹配和虚拟阵元技术予以解决,但会增加算法的复杂程度,传播数据匹配错误.相关干涉仪测向算法利用天线阵列的多个相位差数据进行拟合[3],避免了误差的传播,但主值区间边界处的相位跳变问题一直未得到很好的解决.

　　借鉴阵列信号处理测向技术中阵列流形的涵义,笔者提出改进的相关干涉仪测向处理技术,先用观测相位差的三角函数构造复数,再与阵列流形进行数值拟合,从根本上解决了主值区间边界处的相位跳变问题.计算机仿真和实际测向系统均证实该方法的有效性和正确性.

　　1　数学模型

　　假设测向天线阵列由M个阵元组成,布阵方式任意,信号s(t)从远场到达阵列,如图1所示.

　　图1　远场信号到达天线阵列的示意图

　　第m个阵元的输出信号xm(t)为

　　xm(t) = pm(θ,φ) s(t-τm(θ,φ))+nm(t)　,

　　m =1,…,M　, (1)

　　其中θ,φ为入射信号的方位角和俯仰角,分别定义为波达方向在XOY平面上的投影与X轴的夹角、与XOY平面的夹角,pm(θ,φ)为第m个阵元的幅度响应,τm(θ,φ)为第m个阵元接收信号相对于坐标系原点O的延迟时间,τm(θ,φ) =(xmcosφcosθ+ymcosφsinθ+zmsinφ)/c,c是电波传播速度,nm(t)为第m个阵元上迭加的噪声,当s(t)满足窄带条件时,第m个阵元输出信号的复数形式为[4]

　　m(t) = pm(θ,φ)exp(-jω0τm(θ,φ))約(t)+羘m(t)　,　m =1,…,M　, (2)

　　其中ω0为信号频率,苮m(t),約(t),羘m(t)分别为xm(t),s(t),nm(t)的解析形式.

　　将式(2)写成向量形式为x(t) =A(θ,φ)s(t)+n(t)　, (3)

　　其中x(t),n(t)为M维复数列向量,A(θ,φ) =[a1(θ,φ),…, aM(θ,φ)]T=[p1(θ,φ)exp(-jω0τ1(θ,φ)),…,

　　pM(θ,φ)exp(-jω0τM(θ,φ))]T,当待测参数θ,φ取遍参数空间,导向向量A(θ,φ)组成的集合称为阵列流形[5].

　　2　改进的相关干涉仪测向处理技术

　　2·1　问题的由来

　　基于相位差拟合的常规相关干涉仪代价函数为[3]

d(θ,φ) =^ΘT·Θ(θ,φ)/{(^ΘT·^Θ)1/2·[Θ(θ,φ)T·Θ(θ,φ)]1/2}　, (4)