俯仰角對(duì)一維干涉儀測(cè)向及定位的影響分析

趙貴

南京科瑞達(dá)電子裝備有限責(zé)任公司（原924廠） 江蘇 南京 211100

1 干涉儀測(cè)向原理

干涉儀測(cè)向系統(tǒng)中干涉儀測(cè)向陣通常由多個(gè)天線單元組成，每?jī)蓚€(gè)天線單元組合形成多級(jí)基線，如下圖中天線1分別和天線2、3、4組成了短（d1）、中（d2）、長(zhǎng)（d3）三條基線，每個(gè)天線單元后面都接著對(duì)應(yīng)的微波通道以及數(shù)據(jù)采集通道。

根據(jù)干涉儀測(cè)向系統(tǒng)原理圖1可知：

圖1 干涉儀測(cè)向系統(tǒng)原理圖

輻射源目標(biāo)入射波到達(dá)同一基線的兩個(gè)天線單元時(shí)的相位差 由干涉儀基線長(zhǎng)度、入射波相對(duì)于基線法線的角度、信號(hào)波長(zhǎng) 共同確定。通過(guò)鑒相器解算出相位差 后，即可解算出入射波相對(duì)基線法線的角度，如下所示：

2 建立干涉儀三維測(cè)向模型

圖2 干涉儀三維測(cè)向模型

現(xiàn)做如下假設(shè)[1]：

①干涉儀基線d與飛機(jī)機(jī)身軸線平行安裝，圖中紅線代表干涉儀基線d；②H為載機(jī)相對(duì)于目標(biāo)的垂直高度；③R為飛機(jī)在目標(biāo)所在水平面上投影與目標(biāo)之間距離；④為干涉儀基線在目標(biāo)所在水平面投影與目標(biāo)之間夾角（水平方位角）；⑤ 為測(cè)量得到的干涉儀基線與目標(biāo)之間夾角（立體方位角）；⑥為入射電磁波相對(duì)于干涉儀基線法線的夾角；⑦為載機(jī)相對(duì)于目標(biāo)所在水平面的俯仰角，即載機(jī)與目標(biāo)連線與目標(biāo)所在水平面之間夾角；

根據(jù)直角三角形中邊、角關(guān)系可知：

進(jìn)行等價(jià)變換即可用三維立體方位角ｗ與載機(jī)相對(duì)于目標(biāo)所在平面的俯仰角表示：

3 一維干涉儀測(cè)角誤差分析

下面就一維干涉儀測(cè)向系統(tǒng)中立體方位角 和平面方位角進(jìn)行對(duì)比分析。

假設(shè)載機(jī)與目標(biāo)之間俯仰角分別為4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°，入射波與基線法線的夾角 由-90°變到90°時(shí)立體方位角 和平面方位角 之間差值曲線如圖3所示：

圖3 測(cè)角差值隨目標(biāo)方位角變化

從圖中可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)入射波垂直基線法線附近入射（即目標(biāo)方位角為90°）時(shí)，測(cè)角差值 相差最小，測(cè)角差值 隨著入射波與基線法線之間夾角的增加而增大[2]。干涉儀系統(tǒng)測(cè)向方位區(qū)間通常在法線 范圍，固定= 60°，俯仰角 由0°變化到10°，觀察圖4可知，測(cè)角差值隨著俯仰角增加而增加，在俯仰角為10°時(shí)，測(cè)角差值達(dá)到最大值1.6度左右，若俯仰角繼續(xù)增加，則測(cè)角差值將進(jìn)一步增大[3]。

圖4 測(cè)角差值隨俯仰角變化

4 測(cè)角誤差對(duì)測(cè)向交叉定位的影響分析

實(shí)驗(yàn)2：假設(shè)飛機(jī)飛行速度為100m/s，飛機(jī)飛行高度10000m，飛機(jī)相對(duì)于目標(biāo)起始距離為50Km，起始方位角為45°，測(cè)角均方根誤差為1°。

當(dāng)采用立體方位角ｗ與平面方位角 分別進(jìn)行測(cè)向交叉定位時(shí)，進(jìn)行300次蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)得定位誤差收斂對(duì)比曲線如下：

從圖5（a）和圖5（b）可看出，這時(shí)采用立體方位角進(jìn)行測(cè)角交叉定位比利用平面方位角得到的定位誤差要大2%~3%。

圖5 定位誤差收斂對(duì)比曲線

從上表2中可知，在俯仰角大到一定程度（11.5°）后，采用不同的方位角進(jìn)行定位得到的定位精度和收斂速度具有較大區(qū)別。

表2 利用不同方位角時(shí)測(cè)角交叉定位收斂速度與收斂誤差對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

由本文分析可知，一維干涉儀無(wú)源測(cè)向系統(tǒng)在載機(jī)與目標(biāo)之間的俯仰角固定情況下，目標(biāo)入射波來(lái)波方向與干涉儀基線法線之間夾角越大，測(cè)角誤差越大；目標(biāo)入射波來(lái)波方向固定情況下，載機(jī)與目標(biāo)之間俯仰角越大，測(cè)角誤差越大[4]。同時(shí)載機(jī)與目標(biāo)之間的俯仰角、目標(biāo)入射波來(lái)波方向與干涉儀基線法線之間夾角增加也會(huì)導(dǎo)致測(cè)角交叉定位的誤差增大、收斂速度變慢。

根據(jù)一維干涉儀無(wú)源測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向誤差分析可知，在實(shí)際工程中應(yīng)用一維干涉儀測(cè)向、定位時(shí)，應(yīng)盡可能使得目標(biāo)入射波來(lái)波方向接近干涉儀基線法線方位，同時(shí)應(yīng)盡可能降低載機(jī)與目標(biāo)之間的俯仰角（降低載機(jī)飛行高度、拉開(kāi)與目標(biāo)距離）。