CN111106430A - 机载干涉仪测向动态干扰抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种机载干涉仪测向动态干扰抑制方法，旨在提供一种可以显著提高相关干涉仪测向体制的抗时变干扰能力,能够有效改善干涉仪天线幅相一致性,且不影响其它机载设备的正常工作的优化方案。本发明通过下述技术方案实现：在飞机蒙皮平面的上，分布至少6个按T形3×3排列的干涉仪测向天线阵列，在频率间隔和方位间隔，沿T形纵向线间隔分布的两两干涉仪测向天线与端部干涉仪测向天线间距之间，设置按线阵排列的非时变干扰源、时变干扰源，构建出初始干涉仪天线阵幅相一致性的测向动态干扰抑制模型；测向时，将所得的数据和干涉仪测向天线样本群进行相关运算和差值处理，获得来波信号方向，实现宽频带范围内无模糊测向。

Description

机载干涉仪测向动态干扰抑制方法
技术领域
本发明涉及无线电天线测向技术领域，机载干涉仪测向动态干扰抑制方法，尤其是应用于机载测向系统中提高干涉仪天线幅相一致性的优化方法。
背景技术
干涉仪测向体制有着重要的应用。由于干涉仪测向体制特别适应于机载环境，对天线阵进行灵活配置的场合；同时可以利用相关数据匹配技术，采用合适的天线阵，具有较高的测向精度。根据干涉仪测向原理，干涉仪测向技术是利用多个天线元测量来波在空间的相位关系，并同天线元本身的坐标位置一起确定来波方向的测向方法。干涉仪测向是一种多通道阵列测向技术，其中各通道间相位一致性是影响干涉仪测向性能的一个重要因素。第一，天线在加工生产时结构会有不一致性，导致天线通道间的相位不一致，第二，装机后天线和天线罩之间，以及天线和机体之间存在强耦合，对通道的幅度特性和相位特性影响较大。第三，天线与天线接口单元直接互联的射频电缆在实际设计中电长度不尽相同，也会引入幅度和相位不一致性。因此在进行干涉仪测向之前，通常需要对测向天线进行幅度和相位校准来提高天线的幅相一致性。上述引起幅相不一致的干扰问题，在干涉仪天线装机后，各天线之间幅度和相位的差异固定不变，统称为非时变干扰源，非时变干扰源引起的幅相不一致性可以通过软硬件的校准来补偿幅度和相位，目前技术已经比较成熟。此外，某些机载设备在工作过程中有机械转动，如测控设备、光电转塔等，会产生时变的多径效应，导致干涉仪天线单元之间的幅相不一致，这类幅相不一致性会随着机载设备运行而改变，称为时变干扰源。由于时变干扰源引起的幅相不一致规律错乱无序，装机后无法通过有效的算法来校准补偿。在目前众多飞机形号中，都存在受时变干扰源而引起测向系统精度下降的问题。
干涉仪测向是一种阵列测向技术，在机载条件下，振动、温度等环境条件都会影响微波通道的相位一致性，需要进行实时校正。对于机载测向系统，由于机载平台可供布设天线阵列的有效空间、允许的天线阵元尺寸和数量都十分有限，不能使用大基础天线阵，另外飞机机身的金属蒙皮结构会引起测向天线幅相特性的变化，这些都增加了机载测向天线布阵的难度和复杂性。由于天线的相位中心和几何中心不一致，天线阵的天线单元之间距离较近，互相之间存在互耦，使测得的相位差误差很大；误差通常是由天线的摆放位置引入的相位差，工程实际中影响测向精度的不仅仅是相位误差，还存在其它的误差。天线单元之间的相位不一致性与天线的设计和加工有密切关系，同时天线单元组阵后，天线间互耦及装机环境也会进一步恶化天线之间的相位不一致性。从而使测量所需要的不模糊要求得不到满足。
发明内容
本发明针对其它机载设备工作而引起的干涉仪测向天线幅相不一致的问题，提供一种可以显著提高相关干涉仪测向体制的抗时变干扰能力,能够有效改善干涉仪天线幅相一致性,且不会影响其它机载设备的正常工作的优化方案。
本发明上述目的可以通过以下措施来达到：一种机载干涉仪测向动态干扰抑制方法，具有如下技术特征：在飞机蒙皮(1)平面的上，分布至少6个按T形3×3排列的干涉仪测向天线阵列，在频率间隔和方位间隔，沿T形纵向线间隔分布的两两干涉仪测向天线(2)与端部干涉仪测向天线(6)间距之间，设置按线阵排列的非时变干扰源(3)、时变干扰源(4)，构建出初始干涉仪天线阵幅相一致性的测向动态干扰抑制模型；并在时变干扰源(4)周围加载频率选择天线罩(5)，通过加载频率选择天线罩(5)，抑制时变干扰源(4)在工作时的转动对干涉仪测向天线幅相一致性的影响，通过抑制影响后，将该时变干扰源(4)作为非时变干扰源处理；测向时，将所得的数据和干涉仪测向天线(2)样本群进行相关运算和差值处理，获得来波信号方向，实现宽频带范围内无模糊测向，然后利用传统校准算法对其时变干扰源(4)的幅度和相位进行校准，完成在时变干扰源工作状态下的干涉仪实时测向功能。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明基于图1中T形分布的6个全向天线)，以及沿纵向分布在测向天线阵列群(2-1)与测向天线中部干涉仪测向天线(6)之间的非时变干扰源(3)、时变干扰源(4)，构建初始干涉仪天线阵幅相一致性工作模型；通过加载合适的频率选择天线罩(5)，抑制时变干扰源在工作时的转动对干涉仪测向天线幅相一致性的影响，通过抑制影响后，可以将该时变干扰源当作非时变干扰源处理，通过传统校准算法，对其幅度和相位进行校准，从而提高测向精度，完成在时变干扰源工作状态下的干涉仪实时测向功能。可以显著提高相关干涉仪测向体制的抗时变干扰能力,能够有效改善干涉仪天线幅相一致性,且不会影响其它机载设备的正常工作。
本发明根据时变干扰源(4)和干涉仪测向天线(2)的工作频段设计频率选择天线罩(5)，在时变干扰源(4)周围加载频率选择天线罩(5)，对于时变干扰源自身工作的频段，可以实现良好的电磁透波特性，并不会影响时变干扰源自身功能的电磁波传播，即可以实现提高干涉仪测向系统精度的同时，也不影响其余机载传感器的使用。在时变干扰源转动过程中，由于频率选择表面的通带在C波段，再测向天线工作频率范围内呈现阻带特性，VUHF频段的电磁信号无法进入频率选择表面内部，因子时变干扰源在工作状态中，不会对天线阵之间的VUHF频段信号产生干扰，可以显著提高相关干涉仪测向体制的抗干扰性能,从而提高测向精度。
附图说明
图1是本发明机载干涉仪测向动态干扰抑制模型的示意图；
图2和图3是时变干扰源不同工作状态下，端部、中部干涉仪测向天线(6)幅度和相位一致性对比图；
图4和图5是加载频率选择天线罩(5)后，时变干扰源不同工作状态下的端部干涉仪测向天线(6)和中部干涉仪测向天线(6)幅度和相位一致性对比图；
图6是加载频率选择天线罩(5)前后时变干扰源归一化辐射方向图。
图中：1飞机蒙皮，2干涉仪测向天线，3非时变干扰源，4时变干扰源，5频率选择罩,6端部干涉仪测向天线，7中部干涉仪测向天线。
具体实施方式
参阅图1。根据本发明，在飞机蒙皮(1)平面的上，分布至少6个按T形3×3排列的干涉仪测向天线阵列，在频率间隔和方位间隔，沿T形纵向线间隔分布的两两干涉仪测向天线(2)与端部干涉仪测向天线(6)间距之间，设置按线阵排列的非时变干扰源(3)、时变干扰源(4)，构建出初始干涉仪天线阵幅相一致性的测向动态干扰抑制模型；并在时变干扰源(4)周围加载频率选择天线罩(5)，通过加载频率选择天线罩(5)，抑制时变干扰源(4)在工作时的转动对干涉仪测向天线幅相一致性的影响，通过抑制影响后，将该时变干扰源(4)作为非时变干扰源处理；测向时，将所得的数据和干涉仪测向天线(2)样本群进行相关运算和差值处理，获得来波信号方向，实现宽频带范围内无模糊测向，然后利用传统校准算法对其时变干扰源(4)的幅度和相位进行校准，完成在时变干扰源工作状态下的干涉仪实时测向功能，从而提高测向精度。
在测向天线阵工作频率范围内(VUHF频段)和方面角度0～360°方向上，各按一定规律设点，在频率间隔和方位间隔设点上摆放固定T形分布的干涉仪测向天线(2)样本群，以及沿纵向分布在测向天线阵列之间的非时变干扰源(3)、时变干扰源(4)，使其在飞机蒙皮(1)形成T形分布的全向天线阵列，构建初始干涉仪天线阵幅相一致性模型。根据时变干扰源(4)和干涉仪测向天线(2)的工作频段设计频率选择天线罩(5)，在时变干扰源(4)周围加载频率选择天线罩(5)，分析频率选择天线罩(5)对时变干扰源自身传感器工作性能的影响，时变干扰源(4)在工作时，对干涉仪测向天线的幅度和相位的影响；加入频率选择天线罩(5)后固化影响因子，对测向天线的幅度和相位进行校准，并分析干扰源在工作时对干涉仪测向天线的幅相一致性影响；通过固化影响后，将时变干扰源(4)当作非时变干扰源处理；对其幅度和相位进行校准，在测向时，将所得的数据和干涉仪测向天线(2)样本群进行相关运算和差值处理，以获得来波信号方向，实现宽频带范围内无模糊测向。
在可选的实施例中，以某机载T形阵测向系统为研究背景，构建初始干涉仪天线阵幅相一致性仿真模型。飞机蒙皮(1)上布置了六个干涉仪测向天线(2)和四个主要的测向干扰源。干涉仪测向天线(2)由六个工作在V/UHF频段，呈“T”形分布的方位全向天线组成。在测向天线之间分布着四个其它功能的机载设备，其中三个机载设备在工作时并不会发生状态变化，对测向天线(2)的幅相一致性影响固定为非时变干扰源(3)，另一个工作频率为C波段的机载设备，在工作时因功能需要会不断旋转，对测向天线(2)的幅相一致性影响时刻变化为时变干扰源(4)。
分析干扰源对干涉仪测向天线阵的幅相一致性影响。由于四个干扰源分布在端部干涉仪测向天线(6)和中部干涉仪测向天线(6)之间，对这两个测向天线的幅相一致性影响最大，后续的幅度和相位一致性基于端部干涉仪测向天线(6)和中部干涉仪测向天线(6)这两个天线展开。
参阅图2和图3，为时变干扰源在工作过程中对端部干涉仪测向天线(6)和中部干涉仪测向天线(6)的幅度、相位一致性影响对比图，当时变干扰源从0°转动到90°时，端部干涉仪测向天线(6)和中部干涉仪测向天线(6)在航向方向±10°的角域幅度和相位差发生变化，幅度一致性变化最大约2dB，相位一致性变化最大约5°。由此分析可得，时变干扰源在工作过程中，由于功能需要不停地旋转，对测向天线接收的电磁波产生的多径效应也时刻变化，因此时变干扰源引起的测向天线幅相不一致规律错乱无序。
根据时变干扰源和干涉仪测向天线工作的频率范围、极化方式，设计频率选择天线罩。六个干涉仪测向天线工作在V/UHF频段，时变干扰源的传感器工作在C频段，针对该时变干扰源设计一款圆柱形频率选择天线罩(5)，尺寸为Ф345mm*346mm，采用石英纤维复合材料和泡沫组成的夹层结构，该结构有较低的介电常数和损耗正切、结构强度高等优点，频率选择天线罩(5)对C频段电磁波的透波率为90％，对V/UHF频段电磁波的截止率大于99％，满足在时变干扰源工作频段呈现通带特性，在测向天线工作频段呈阻带特性。
参阅图4和图5。当时变干扰源从0°转动到90°时，端部干涉仪测向天线(6)和中部干涉仪测向天线(6)的幅度和相位差值基本一致，具有稳定的幅相一致性。加载频选罩后，V/UHF频段电磁波在天线罩表面发生散射/反射，无法进入频率选择天线罩(5)内，因此使得时变干扰源对测向天线幅相不一致的影响具有唯一性，通过固化影响后，可对测向天线的幅度和相位进行校准，对于干涉仪测向系统精度的提高具有重要意义；另一方面，频率选择天线罩(5)对于工作在C频段的时变干扰源信号具有90％以上的透波率，如图6所示，在±15°主波束范围内增益下降约0.5dB，说明频选罩的加载不会影响时变干扰源的功能特性。本发明提出的加载频率选择天线罩(5)方案可以提高干涉仪天线幅相一致性，且兼顾时变干扰源的功能特性。
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上对不同频段传感器加载频选罩来提高幅相一致性均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (8)

1.一种机载干涉仪测向动态干扰抑制方法，具有如下技术特征：在飞机蒙皮(1)平面的上，分布至少6个按T形3×3排列的干涉仪测向天线阵列，在频率间隔和方位间隔，沿T形纵向线间隔分布的两两干涉仪测向天线(2)与端部干涉仪测向天线(6)间距之间，设置按线阵排列的非时变干扰源(3)、时变干扰源(4)，构建出初始干涉仪天线阵幅相一致性的测向动态干扰抑制模型；并在时变干扰源(4)周围加载频率选择天线罩(5)，通过加载频率选择天线罩(5)，抑制时变干扰源(4)在工作时的转动对干涉仪测向天线幅相一致性的影响，通过抑制影响后，将该时变干扰源(4)作为非时变干扰源处理；测向时，将所得的数据和干涉仪测向天线(2)样本群进行相关运算和差值处理，获得来波信号方向，实现宽频带范围内无模糊测向，然后利用传统校准算法对其时变干扰源(4)的幅度和相位进行校准，完成在时变干扰源工作状态下的干涉仪实时测向功能。
2.如权利要求1所述的机载干涉仪测向动态干扰抑制方法，其特征在于：在测向天线阵工作频率范围内(VUHF频段)和方面角度0～360°方向上，各按一定规律设点，在频率间隔和方位间隔设点上摆放固定T形分布的干涉仪测向天线(2)样本群，以及沿纵向分布在测向天线阵列之间的非时变干扰源(3)、时变干扰源(4)，使其在飞机蒙皮(1)形成T形分布的全向天线阵列，构建初始干涉仪天线阵幅相一致性模型。
3.如权利要求1所述的机载干涉仪测向动态干扰抑制方法，其特征在于：根据时变干扰源(4)和干涉仪测向天线(2)的工作频段设计频率选择天线罩(5)，在时变干扰源(4)周围加载频率选择天线罩(5)，分析频率选择天线罩(5)对时变干扰源自身传感器工作性能的影响；加入频率选择天线罩(5)后固化影响因子，对测向天线的幅度和相位进行校准，并分析干扰源在工作时对干涉仪测向天线的幅相一致性影响。
4.如权利要求1所述的机载干涉仪测向动态干扰抑制方法，其特征在于：飞机蒙皮(1)上布置了六个干涉仪测向天线(2)和四个线阵分布的测向干扰源。
5.如权利要求1所述的机载干涉仪测向动态干扰抑制方法，其特征在于：干涉仪测向天线(2)由六个工作在V/UHF频段，呈“T”形分布的方位全向天线组成。
6.如权利要求1所述的机载干涉仪测向动态干扰抑制方法，其特征在于：在干涉仪测向天线之间分布着四个其它功能的机载设备，其中三个机载设备在工作时并不会发生状态变化，对测向天线(2)的幅相一致性影响固定为非时变干扰源(3)，另一个工作频率为C波段的机载设备，在工作时不断旋转，对测向天线(2)的幅相一致性影响时刻变化为时变干扰源(4)。
7.如权利要求1所述的机载干涉仪测向动态干扰抑制方法，其特征在于：根据时变干扰源和干涉仪测向天线工作的频率范围、极化方式，设计频率选择天线罩。
8.六个干涉仪测向天线工作在V/UHF频段，时变干扰源的传感器工作在C频段，针对该时变干扰源设计一款圆柱形频率选择天线罩(5)。
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