CN104330767A - 基于相位模糊数搜索与最小二乘拟合的干涉仪测向方法 - Google Patents

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王谦诚
胡进
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Abstract

本发明为一种利用相位模糊数搜索与最小二乘拟合相结合的干涉仪测向方法，其中包括：根据干涉仪阵元间距、波长信息计算出相位模糊数的范围；并依据各阵元间距比例关系，在模糊数范围内和设定误差容限范围内，以选定的最小基线为基础，进行相位模糊数搜索，得出若干组模糊数解；对若干组解进行最小二乘拟合，获取最小均方误差准则下的正确模糊数，并解算出目标方位；对截获的目标方位多次计算值进行直方图统计，按设定门限剔除异常点得到有效点，对有效点根据幅度加权平均得到最终的相位干涉仪测向结果。本发明能够以较低的计算量计算出干涉仪相位模糊数，并较大地降低相位误差对相位干涉仪测向精度的影响，提高测向精度。

Description

基于相位模糊数搜索与最小二乘拟合的干涉仪测向方法
技术领域
本发明涉及一种相位干涉仪测向的实现方法，尤其涉及相位干涉仪解模糊、降低相位误差对测向结果影响等关键算法。
背景技术
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。在诸多测向方法中，相位干涉仪测向以其测向精度高、设备简单、实时性好等优点，在无源探测系统中得到广泛应用。但由于其存在视角模糊，因此在应用方面也受到很大的限制。
传统解干涉仪模糊的方法是合理配置基线，通过基线比逐级从短基线解到长基线，从无模糊的基线解到高模糊的基线。但是在天线、布阵形式确定的条件下，例如，由于天线阵元的设计尺寸的影响，使得2个天线阵元的中心间距(即最短基线)仍大于入射信号的半个波长，此时，传统解干涉仪模糊的方法也无法解决相位模糊问题。目前解模糊技术主要有五种方法：长短基线法、余数定理解模糊、虚拟基线法、无模糊长基线干涉仪测向、立体基线法。
上述方法从一定程度上解决了相位干涉仪相位模糊问题，但长短基线法要保证短基线的长度小于来波信号的半个波长，对于高频段信号波长较短，小于半个波长的天线基线长度不可物理实现，所以长短基线解模糊不适用于宽带测向系统。余数定理解模糊虽然克服了短基线的限制，但要求天线间距满足互质关系，限制了天线的摆放形式。虚拟基线法是利用2个不同基线的相位差，通过相减的方式得到对应短基线长度的相位差，然后利用此短基线所得的无模糊测向结果依次解较长基线的模糊来保证测向精度的要求。可见，虚拟基线法为了达到高精度的测向要求，必须要有足够多的阵元来辅助解模糊，这就给系统的一致性提出了更高的要求。立体基线法所用的天线阵各阵元间距不受信号波长的限制，而且天线阵元摆放形式灵活，只要存在多组测向基线便可正确解模糊。但是立体基线法对噪声比较敏感，噪声增大，测向误差也随之增大，当测向误差大于模糊值和真实值之差时，会使测向失效。
发明内容
本发明为解决相位干涉仪相位模糊问题和相位误差影响测向结果的问题，通过设计相位干涉仪解模糊与测向流程实现框架，采用相位模糊数搜索和最小二乘拟合相结合的算法，可有效地以较低计算量，解算出干涉仪相位模糊数，较好地降低相位误差对相位干涉仪测向结果的影响，提高测向精度。 
本发明为解决其技术问题所采用的技术解决方案为：首先根据干涉仪阵元间距、波长信息计算出相位模糊数的范围；并依据各阵元间距比例关系，在模糊数范围内和设定误差容限范围内，以选定的最小基线为基础，进行相位模糊数搜索，得出若干组模糊数解；对若干组解进行最小二乘拟合，获取最小均方误差准则下的正确模糊数，并解算出目标方位；最后对截获的目标方位多次计算值进行直方图统计，按设定门限剔除异常点得到有效点，对有效点根据幅度加权平均得到最终的干涉仪测向结果。
本发明与现有技术方法相比，克服天线阵各阵元间距受信号波长的限制，具有简单有效，算法计算量小，利于实现，并且有效降低各阵元间相位差的测量误差对最终测向结果的影响，对宽带干涉仪测向系统工程设计具有一定的参考价值。
附图说明
附图1为基于相位模糊数搜索与最小二乘拟合的干涉仪测向方法的关键算法步骤的示意图。
具体实施方式
以下结合附图1给出基于相位模糊数搜索与最小二乘拟合的干涉仪测向方法的具体实施方式。
（1）相位干涉仪模糊数搜索：根据各相位差、阵元间距、波长信息计算出各模糊数的范围：                                                ，根据阵元间距比例关系，在模糊数范围内和设定误差容限范围内，由求解出其它模糊数，得出若干组模糊数解；
（2）最小二乘拟合测向：依据最小均方误差准则，建立目标函数，使目标函数最小的即为最优相位差，对目标函数求导求解得最优相位差，对多组模糊数解，进行计算，取目标函数最小的一组作为正确解模糊数，并计算出相位干涉仪测向结果为；
（3）目标方位直方图统计与方位计算：观测目标一段时间，经过步骤（1）和（2）获取的目标多次测向结果，对截获的目标方位多次计算值进行直方图统计，按设定门限剔除异常点，得到有效点，对有效点根据幅度加权平均得到最终的干涉仪测向结果。

Claims (1)

1.一种相位模糊数搜索与最小二乘拟合的干涉仪测向方法，其特征为：首先根据干涉仪阵元间距、波长信息计算出相位模糊数的范围；并依据各阵元间距比例关系，在模糊数范围内和设定误差容限范围内，以选定的最小基线为基础，进行相位模糊数搜索，得出若干组模糊数解；对若干组解进行最小二乘拟合，获取最小均方误差准则下的正确模糊数，并解算出目标方位；最后对截获的目标方位多次计算值进行直方图统计，按设定门限剔除异常点得到有效点，对有效点根据幅度加权平均得到最终的干涉仪测向结果。
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