相位干涉仪测向系统算法研究

　　1 引言

　　无线电测向技术在许多领域中有着重要的地位，诸如雷达导航、声纳、移动通信、地球物理勘探等测向技术随着应用的增加和频段覆盖的需要而发展。特别是在电子对抗中，及时准确地对目标定位一直是人们积极研究的课题。测向体制通常可分为幅度体制、相位体制和幅相结合体制三大类。目前应用较多的是相位体制，如干涉仪、多普勒、瓦特逊 - 瓦特和阿德柯克等。干涉仪测向[1]算法具有数据处理时间短、技术成熟的优点，大量地应用在辐射源的测向和定位中。

　　本文在对一维相位干涉仪[2]进行研究的基础上给出了九通道相位干涉仪的基本关系式，九个阵元均匀的分布在半径为 1m的圆周上，对于相位干涉仪的三个主要的技术难点分别采用测向精度高的互相关方法测量相位差，实时性高的立体基线法[3]解决相位模糊问题，并且选择对噪声较不敏感的最小二乘法[4]处理通道的不一致性。本文在详细给出了测向算法之后，利用 MATLAB进行了通道校正前后的全相位和不同波段的仿真，证明了本文算法良好的工程实现价值。

　　2 相位干涉仪测向原理

　　2.1 一维相位干涉仪测向原理

　　干涉仪测向实质就是利用辐射信号在接收天线上形成的相位差来确定辐射源的方向。如图 1 所示，在 A,B 两天线 θ方向有一远区辐射源，到达接收点的辐射电波近似为平面波，两天线间距为 d，天线由于波程差△R 存在相位差△ψAB，可得到：

　　2.2 互相关法估计相位差

　　设通道 A和 B输入信号分别为 x(t)和 y(t),则：

　　则对于数字相关函数法，处理的是连续信号采样后的离散点序列，其中采样点数设为 N，因而得到相应的离散时序的相位差为：

　　2.3 测向误差的分析

　3 二维干涉仪测向算法

　　3.1 九元圆形天线阵模型

　　为不失一般性，这里选取九通道天线阵来说明本文测向算法。九通道相位干涉仪采用宽口径、长短基线的九元圆形天线阵，九个阵元(天线 1~ 天线 9)均匀分布在半径为 R=1.0m　　的圆上，如图 2 所示。若以天线 1 为基准，考虑一般情况，不选取等长基线，而取基线 1- 2，1- 3，1- 4，1- 5，1- 6，1- 7，1- 8，1-9，这时八个不等长基线长度分别为：d12=d19=R·sin40°/sin70°=0.684m ，d13=d18=R ·sin80° /sin50° =1.286m，d14=d17=R ·sin120°/sin30°=1.732m，d15=d16=R·sin160°/sin10°=1.970m.

　　如图 2 所示 X轴方向为方位 00，逆时针方向为正，顺时针方向为负。入射波与 X轴夹角为 θ，单元天线 i 和 j 构成单基线估计的角度值记为 αij，则变换到上图坐标系中的方位角θij分 别 为 ：θ12= α12- 700，θ13= α13- 500，θ14= α14- 300，θ15=α15- 100，θ16=α16+100，θ17=α17+300，θ18=α18+500，θ19=α19+700。