干涉儀測向原理及影響試驗要素研究?

柯 凱 修繼信

干涉儀測向原理及影響試驗要素研究?

柯 凱 修繼信

（解放軍91404部隊 秦皇島 066001）

在裝備試驗鑒定中測向精度是雷達偵察裝備的重要考核指標，論文介紹干涉儀測向技術原理，針對一維干涉儀對高仰角目標的誤差主要來源進行分析與計算。為考查誤差因素對靶場試驗的影響，設計一維干涉儀裝備對高空機載雷達目標測向試驗典型態(tài)勢，分析不同距離和仰角條件下的測向誤差數(shù)據(jù)，并提出試驗和裝備使用建議。

干涉儀測向；測向誤差；高仰角目標；靶場試驗

AbstractThe accuracy of direction finding was an important test index of the radar reconnaissance equipment in the range test.The principle of interferometer direction finding was analyzed and the main error source for the high elevation angle target in the one-dimensional interferometer equipment was analyzed and calculated.The typical test situation in which the high altitude airborne radar was used for testing the one-dimensional interferometer equipment was designed for investigating the influence of the error fac?tors in the range test.The error data in the different distance and elevation angle was analyzed and at last the experiments for test and forthputting were put forward.

Key Wordsinterferometer direction finding，direction finding error，high elevation angle target，range test

Class NumberTN971

1 引言

目前高信息技術條件下的海上戰(zhàn)爭對雷達對抗裝備測向精度提出了較高要求，干涉儀測向技術作為一種較為成熟的雷達測向技術，具有測頻帶寬大、靈敏度高、測向精度高、結構簡單、成本較低等優(yōu)點［1～5］，在雷達對抗領域得到推廣應用。但干涉儀技術測向主要通過解算電磁波在不同基線上相位差實現(xiàn)測向，存在一定局限性，其中一維干涉儀測向技術對高仰角目標存在一定程度的誤差，對裝備的試驗及作戰(zhàn)使用具有較大的影響，本文對干涉儀測向技術原理并設置典型試驗場景對高仰角目標測向數(shù)據(jù)進行分析，為相關裝備試驗和作戰(zhàn)使用提供借鑒。

2 干涉儀測向原理

2.1 單基線相位干涉儀測向原理

單基線相位干涉儀測向原理［6］如圖1所示，在滿足遠場條件的基礎上，入射電磁波為平面波，干涉儀測向系統(tǒng)由兩個接收機、一個鑒相器和角度變換器組成，接收機將接收到的電磁波信息發(fā)送至鑒相器，鑒相器計算兩信號間的相位差，角度變化器將相位差轉化為波束到達角。兩根天線間距為l，電磁波與視軸間的夾角為θ，兩根天線在t時刻接收到的信號可表示為

圖1 單基線相位干涉儀測向原理

式中N0(t)、N1(t)為兩個天線接收到的白噪聲，λ為電磁波波長，S(t)為電磁波信號，對[t1， tM] 時間內兩個天線的信號進行運算可得：

對白噪聲造成的影響忽略不計，可得兩個通道信號的相位差φ與信號到達角θ存在如下關系：

設兩個通道幅相一致，對兩個通道信號進行相關運算求出相位差φ，可得信號的到達角θ為

由式（4～5）可知，相位差 φ 以 2π 為周期，若其值超過2π將出現(xiàn)相位模糊，無法分辨真實雷達方向，單基線干涉儀不模糊視角θu為

因此，若擴大測向視角需縮小天線間距l(xiāng)，但同時會增大測向誤差，這是單基線干涉儀無法解決的矛盾。

2.2 多基線相位干涉儀測向原理

多基線相位干涉儀［7］原理圖如圖2所示，“0”天線為基準天線，“1”、“2”、“3”天線與“0”天線之間距離為l1、l2、l3。若輻射源的平面波自右方到達，自右至左每個天線與基準天線之間的相位差依次增加。其無模糊視角為

忽略頻率不穩(wěn)定引起的誤差，則其測向誤差為

通過多基線解決了單基線干涉儀存在的視角范圍和測向精度矛盾的問題。

圖2 多基線相位干涉儀原理圖

2.3 二維多基線相位干涉儀測向原理

一維干涉儀只能測量水平面內輻射源的方位角θ（包括低仰角的輻射源），但在反輻射導彈尋的頭、二維測向定位等環(huán)境下需要測量垂直平面內仰角α。在三維空間中測量輻射源的方位角和仰角［8］，用一維干涉儀是難以實現(xiàn)的，如圖3所示，有一信號以方位角θ和仰角α入射，“0”天線相對“1”天線的波程差為l sinθcosα，故相位差為

在α→0的情況下有cosα→1，式（9）可變?yōu)槭剑?）關系。

圖3 信號入射三維空間模型

若想求取輻射源的方位角θ和仰角α，至少需要兩個方程，因此采用一對基線互相垂直的干涉儀產(chǎn)生兩個方程，計算二維角信息：

3 高仰角目標測向試驗分析

3.1 數(shù)據(jù)分析

設存在高仰角目標，相對測試點的方位角為θ、俯仰角為α，若使用一維干涉儀測向測得其水平角為θO，可得一維干涉儀測向體制引起的誤差ΔθO為

由式（12）可知，針對具有一定高度的測向目標，其方位角、俯仰角不同，使用一維干涉儀測向引起的測向誤差也呈現(xiàn)一定規(guī)律變化，典型方位角、俯仰角情況下的測向誤差如表1所示。

表1 一維干涉儀體制引起的測向誤差（單位：°）

通過式（12）及表1數(shù)據(jù)可知：1）使用一維干涉儀技術測量高仰角目標時，測向體制造成的誤差較大；2）隨著方位角增大，測向體制造成的誤差也逐漸增大。

3.2 試驗結果分析

對高空目標測向試驗航路示意圖如圖4所示，陪試飛機載機載雷達向干涉儀測向裝備平臺方向飛行，飛行高度為H，航路進入點與試驗裝備平臺距離為L，飛機過頂后返回。

圖4 對高空目標測向精度航路示意圖

設H=4000m，L=100km，方位角真值θ分別為0°、45°、60°、90°時，由于測向體制原因造成的測向誤差隨距離及俯仰角變化關系如圖5所示。

由圖可知，飛機在4000m高度抵近飛行時，俯仰角在( ]

0°，90°區(qū)間內增大，對應的測向誤差在(0°，θ ]區(qū)間內非線性變化，誤差增大。可見一維干涉儀體制對高仰角目標測向誤差較大，目前可用的較好的解決方法是使用成本低、測向誤差相對較大的測向設備進行粗測向引導［9］，使干涉儀視軸方向與目標電磁波方向夾角即方位角較小，從而提高一維干涉儀技術對高仰角目標的測向精度，但該方法對高速目標測向仍存在一定局限性［10］。

4 結語

一維干涉儀技術對高仰角目標存在一定程度的誤差，在仰角超過20°后測向精度明顯下降，對作戰(zhàn)使用具有一定的影響。在裝備靶場試驗中要充分認識裝備局限性，設計航路須測試到邊界條件下的性能，并與理論分析值比較分析，達到充分檢測裝備性能的目的。

圖5 測向體制原因造成的誤差

［1］賀慶，劉元安，黎淑蘭，等.改進的干涉式天線陣及其測向誤差分析［J］.北京郵電大學學報，2011，34（6）：121-124.

HEQing，LIU Yuanan，LIShulan，et al.An improved anal?yses on interferometer antenna array and errors of direc?tion-finding［J］.Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications，2011，34（6）：121-124.

［2］毛虎，楊建波，邱宏坤.機載二維干涉儀測向誤差分析［J］.火力與指揮控制，2011，36（12）：67-71.

MAO Hu，YANG Jianbo，QIU Hongkun.Error analysis of direction finding for airborne two-dimension phase inter?ferometer［J］.Fire Control&Command Control，2011，36（12）：67-71.

［3］李婷，蘇新彥.基于相位干涉儀測向算法的仿真研究及誤差分析［J］.火控雷達技術，2014，43（3）：71-74.

LI Ting，SU Xinyan.Simulation research on direction find?ing algorithm based on phase interferometer and measure?ment errors analysis［J］.Fire Control Radar Technology，2014，43（3）：71-74.

［4］羅賢欣，劉光斌，王忠.干涉儀測向技術研究［J］.艦船電子工程，2012，32（8）：74-76.

LUO Xianxin，LIU Guangbin，WANG Zhong.Research on direction finding technology of phase interferometer［J］.Ship Electronic Engineering，2012，32（8）：74-76.

［5］毛虎，楊建波，劉鵬.干涉儀測向技術現(xiàn)狀及發(fā)展研究［J］.電子信息對抗技術，2010，25（6）：1-6.

MAO Hu，YANG Jianbo，LIU Peng.The actuality and de?velopment of phase interferometer technology［J］.Electron?ic Information Warfare Technology，2010，25（6）：1-6.

［6］李川.干涉儀測向體制誤差性能分析［J］.電子測量技術，2011，34（6）：114-117.

LI Chuan.Error performance analysis of interferometer di?rection finding system［J］.Electronic Measurement Tech?nology，2011，34（6）：114-117.

［7］吳寶東，陳舒.基于相位干涉儀測向系統(tǒng)的相位誤差分析［J］.艦船電子對抗，2008，31（3）：74-76.

WUBaodong，CHENShu.Analysis of the phase error of di?rection finding system based on phase interferometer［J］.Shipboard Electronic Countermeasure，2008，31（3）：74-76.

［8］鄭攀，程婷，何子述.二維干涉儀測向算法研究［J］.現(xiàn)代電子技術，2013，36（1）：1-4.

ZHENGPan，CHENG Ting，HE Zishu.Research on 2D in?terferometer direction finding algorithm［J］.Modern Elec?tronics Technique，2013，36（1）：1-4.

［9］李東海，柯凱.基于多基線干涉儀和多波束比幅聯(lián)合測向天線系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.艦船電子對抗，2014，37（2）：97-99，110.

LI Donghai，KE Kai.Design and realization of joint direc?tion finding antenna system based on multi-baseline inter?ferometer and multi-beam amplitude comparison［J］.Shipboard Electronic Countermeasure，2014，37（2）：97-99，100.

［10］Schmieder L，Mellon D，Saquib M.Signal direction find?ing for low complexity radar ［J］. IEEE 9781-4244-2971-4，2009：8-12.

Interferom eter Direction Finding and Influence Factors on the Test

KE Kai XIU Jixin
（No.91404 Troops of PLA，Qinhuangdao 066001）

TN971

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.09.010

2017年4月11日，

2017年5月21日

柯凱，男，碩士研究生，工程師，研究方向：雷達對抗。修繼信，男，高級工程師，研究方向：雷達對抗。