CN110687498B - 动基线干涉仪 - Google Patents

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    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems

Abstract

本发明公开了一种一种动基线干涉仪，其包括天线A1、天线A2、传动系统和接收机；天线A1和天线A2连接接收机，传动系统拖动天线A2在图2所示天线A1一侧的位置点B1和位置点B2之间移动，其中，d＜λ/2，D＝md，m＞1，d为天线A1和天线A2之间的直线长度，D为天线A1和位置点B2之间的直线长度，λ为入射波的波长。本发明通过改变天线的位置改变干涉仪的基线长度，当基线长度小于二分之一波长时，利用短基线干涉仪原理解相位模糊，当基线长度大于二分之一波长时，利用长基线干涉仪原理测量角度，从而提高测角精度。

Description

动基线干涉仪
技术领域
本发明属于无线电测向技术领域，涉及一种动基线干涉仪。
背景技术
传统干涉仪测向技术是用若干个天线接收同一无线电信号，通过比较天线间信号的相位差来测量电波的入射方位。即利用辐射源电磁波在传播方向的同一相位波前，到达空间上分离的传感器(通常是多元天线阵)时，产生的不同相位响应以及由此形成的相互之间的相位关系，来测向的。干涉仪按照通道数量分为双通道干涉仪和多通道干涉仪，按照基线的数量分为单基线干涉仪、双基线干涉仪和多基线干涉仪等。
以单基线干涉仪为例说明干涉仪测角的原理。如图1所示，若有一平面波从天线连线的法线夹角为α方向到达间距为L的两个测向天线A1，A2，则在知道信号频率为f时，两个天线接收到的信号相位差
Figure BDA0002263131250000011
为
Figure BDA0002263131250000012
其中，λ＝C/f，C为光速。
从而得到入射角的计算公式为：
Figure BDA0002263131250000013
干涉仪测向主要关注两个问题：一是测角精度，一解相位模糊。
由式2可知，为了提高测角精度，应该尽量增加基线L的长度，基线越长，测角精度越高。
由于相位测量的结果只能在(-π,π)之间，如果基线长度大于二分之一波长，相位差会超出这一区间，计算出的角度不唯一，从而产生相位模糊性问题。消除相位模糊性常用的方法是添加短基线，这就需要系统增加天线，在提高系统复杂性的同时增加了成本。
发明内容
(一)发明目的
短基线干涉仪可以解相位模糊，但测角精度不高；长基线干涉仪可以提高测角精度，但不能解相位模糊，本发明通过提供一种动基线干涉仪，在不增加天线条件下解相位模糊的同时，提高测角精度(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种动基线干涉仪，其包括天线A1、天线A2、传动系统和接收机；天线A1和天线A2连接接收机，传动系统拖动天线A2在图2所示天线A1一侧的位置点B1和位置点B2之间移动，其中，d＜λ/2，D＝md，m＞1，d为天线A1和天线A2之间的直线长度，D为天线A1和位置点B2之间的直线长度，λ为入射波的波长。
所述传动系统选用驱动电机。
本发明还提供一种基于动基线干涉仪的相位差解算方法，其包括以下步骤：
第一步：通过传动系统将天线A2放置到位置点B1，此时两天线之间的直线长度为d，通过接收机测量得到A1—B1基线相位差测量值Ψ1；
Figure BDA0002263131250000021
其中，
Figure BDA0002263131250000022
为A1—B1基线相位差实际值；
第二步：由式4计算A1—B1基线相位差的粗值
Figure BDA0002263131250000023
Figure BDA0002263131250000024
第三步：通过传动系统将天线A2放置到位置点B2，此时天线A1和天线A2之间的直线长度为D，通过接收机测量得到A1—B2基线相位差测量值Ψ2；
第四步：D＞λ/2，根据式5计算A1—B2基线相位差的一组精确值
Figure BDA0002263131250000031
Figure BDA0002263131250000032
其中k值为0，±1，±2，...；
第五步：将一个粗值
Figure BDA0002263131250000033
与一组精确值
Figure BDA0002263131250000034
进行数据匹配，寻找出最接近于粗值的唯一精确值φ2；
第六步：将φ2带入式2得到精确的测向结果；
第七步：重复第一步和第六步，进行多次测量，对多个测量结果进行处理，获得精确结果。
所述第七步中，多个测量结果采用平均或滤波进行处理。实时性要求较高时，选用滤波处理；其他情况，选用平均处理。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的动基线干涉仪，通过改变天线的位置改变干涉仪的基线长度，当基线长度小于二分之一波长时，利用短基线干涉仪原理解相位模糊，当基线长度大于二分之一波长时，利用长基线干涉仪原理测量角度，从而提高测角精度。
附图说明
图1为单基线干涉仪测角示意图。
图2为动基线干涉仪示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例从以下几个方面介绍动基线干涉仪。
1、系统组成
动基线干涉仪包括天线A1、天线A2、传动系统和接收机；天线A1和天线A2连接接收机，传动系统拖动天线A2在图2所示天线A1一侧的位置点B1和位置点B2之间移动，其中，d＜λ/2，D＝md，m＞1，d为天线A1和天线A2之间的直线长度，D为天线A1和位置点B2之间的直线长度，λ为入射波的波长。
传动系统选用驱动电机。
2、解算步骤
第一步：通过传动系统将天线A2放置到图2的位置点B1，此时两天线之间的直线长度为d，通过接收机测量得到A1—B1基线相位差测量值Ψ1。
因为d＜λ/2，所以
Figure BDA0002263131250000041
其中，
Figure BDA0002263131250000042
为A1—B1基线相位差实际值。
第二步：由式4计算A1—B1基线相位差的粗值
Figure BDA0002263131250000043
Figure BDA0002263131250000044
第三步：通过传动系统将天线A2放置到位置点B2，此时天线A1和天线A2之间的直线长度为D，通过接收机测量得到A1—B2基线相位差测量值Ψ2。
第四步，因为D＞λ/2，所以根据式5，可以计算出A1—B2基线相位差的一组精确值
Figure BDA0002263131250000045
Figure BDA0002263131250000046
其中k值为0，±1，±2，...。
第五步，将一个粗值
Figure BDA0002263131250000047
与一组精确值
Figure BDA0002263131250000048
进行数据匹配，寻找出最接近于粗值的唯一精确值φ2；
第六步，将φ2带入式2即可得到精确的测向结果。
第七步，重复第一步和第六步，进行多次测量，对多个测量结果进行平均或滤波处理，获得精确结果。实时性要求高的情况下，优选滤波处理；实时性要求不高的情况下，优选平均处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于动基线干涉仪的相位差解算方法，所述动基线干涉仪包括天线A1、天线A2、传动系统和接收机；天线A1和天线A2连接接收机，传动系统拖动天线A2在天线A1一侧的位置点B1和位置点B2之间移动，其中，d＜λ/2，D＝md，m＞1，d为天线A1和天线A2之间的直线长度，D为天线A1和位置点B2之间的直线长度，λ为入射波的波长；其特征在于，所述相位差解算方法包括以下步骤：
第一步：通过传动系统将天线A2放置到位置点B1，此时两天线之间的直线长度为d，通过接收机测量得到A1—B1基线相位差测量值Ψ1；
d＜λ/2，φ1 Λ＝Ψ1 式3
其中，φ1 Λ为A1—B1基线相位差实际值；
第二步：由式4计算A1—B1基线相位差的粗值
Figure FDA0004086978630000011
Figure FDA0004086978630000012
第三步：通过传动系统将天线A2放置到位置点B2，此时天线A1和天线A2之间的直线长度为D，通过接收机测量得到A1—B2基线相位差测量值Ψ2；
第四步：D＞λ/2，根据式5计算A1—B2基线相位差的一组精确值
Figure FDA0004086978630000013
Figure FDA0004086978630000014
其中k值为0，±1，±2，...；
第五步：将一个粗值
Figure FDA0004086978630000015
与一组精确值
Figure FDA0004086978630000016
进行数据匹配，寻找出最接近于粗值的唯一精确值φ2；
第六步：将φ2带入式2得到精确的测向结果；
若有一平面波从天线连线的法线夹角为α方向到达间距为L的两个测向天线A1，A2，则在知道信号频率为f时，两个天线接收到的信号相位差
Figure FDA0004086978630000017
为
Figure FDA0004086978630000021
其中，λ＝C/f，C为光速；
从而得到入射角的计算公式为：
Figure FDA0004086978630000022
第七步：重复第一步和第六步，进行多次测量，对多个测量结果进行处理，获得精确结果。
2.如权利要求1所述的相位差解算方法，其特征在于，所述第七步中，多个测量结果采用平均或滤波进行处理。
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