CN114024143B - 一种基于小口径超宽带线阵干涉仪的复合布阵方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于小口径超宽带线阵干涉仪的复合布阵方法，充分利用了低频段天线，将不同频段的两套或者多套干涉仪布阵方案融合为一套复合天线阵面，实现小口径下的超宽带布阵。干涉仪布阵需要解决测角精度，视场范围和正确解模糊问题。首先需要确定测角精度，测角精度由最长基线决定，最长基线由可用口径和天线尺寸决定，天线尺寸由最低频率决定，因此，在口径确定，频段确定的情况下，测角精度即确定；视场范围由最短基线决定，同样基线长度，频率越高视场范围越小，因此，需要在最高频率上确定短基线长度；最后，调整短基线长度，构建合理的中间基线满足解模糊要求。

Description

一种基于小口径超宽带线阵干涉仪的复合布阵方法

技术领域

本发明属于干涉仪布阵技术领域，尤其涉基于小口径超宽带导引头线阵干涉仪测向。本方法适用于小口径线阵干涉仪天线布阵中，用于实现小口径超宽带布阵。

背景技术

小口径被动导引头通常采用相位干涉仪体制测向，布阵方式通常采用线阵，具有测向精度高、灵敏度高、结构简单、原理清晰、观察频带宽等优点，典型布阵如图1所示。由于受到空间尺寸限制，通常这种小尺寸平台上的干涉仪口径都比较小，在小口径下要实现超宽带布阵难度很大。要提高测角精度就要尽可能的增加基线长度。要扩大干涉仪的无模糊视场范围，需要减小两天线之间的距离。因此单基线相位干涉仪不能解决测角精度和视场范围之间的矛盾。为了解相位模糊，一般采用长短基线结合的办法：利用多天线组阵构建的多基线干涉仪系统，由较短间距的干涉仪来确定覆盖宽视场范围，较长间距的干涉仪决定测角精度。(引用：《干涉仪测向技术研究》，船舶电子工程，2012年第8期，Vol.32No.8)。

由于天线尺寸限制，在小口径导引头上无法实现理想的多基线布阵，通常采用3天线组阵构成3条实基线方案，同时无法用一套基线组合覆盖超宽频带，需要采用多套天线组合布阵多套干涉仪，即低频段用一套干涉仪，高频段用一套干涉仪，采用两套干涉仪实现超宽带覆盖。但多套干涉仪通常难以布置在同一小口径上。因此，对于小口径超宽带线阵干涉仪测向系统来说，需要解决超宽带和小口径之间的矛盾。

发明内容

本发明的目的在于，为了压缩线阵干涉仪布阵口径，达到在小口径下进行超宽带干涉仪布阵的目的，提供了一种基于小口径超宽带线阵干涉仪的复合布阵方法，充分利用低频段天线，将不同频段的两套或者多套干涉仪布阵方案融合为一套复合天线阵面，实现小口径下的超宽带布阵。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种基于小口径超宽带线阵干涉仪的复合布阵方法，所述复合布阵方法包括：

S1：根据工作频段范围和可用的天线尺寸划分高低工作频段；

S2：低频段布阵步骤，根据最大阵面口径和天线尺寸确定最长基线最大可布置长度，根据视场范围和低频段最高频率按公式1确定低频段最短基线范围；

式中，d为基线长度，λ为工作频率波长，θ_max为视场范围；

S3：高频段布阵步骤，将一个高频段天线布置在低频段干涉仪中，与部分低频段天线构成高频段干涉仪，根据视场范围和高频段最高频率按公式1确定高频段最短基线范围；

S4：复合布阵步骤，在高、低频段各自短基线能够布置的范围内调整各天线位置，按公式2计算各自频段内的各条基线测向精度，按公式3计算各自频段内的各条基线的无模糊角，从而构建出高低频段复合天线阵面；

式中，δ为测向精度，β为通道相位误差，d为基线长度，λ为工作频率波长，θ为视场角取0°；

式中，θ_mh为无模糊角，d为基线长度，λ为工作频率波长。

根据一个优选的实施方式，步骤S2中，当低频段最短实基线无法满足视场范围要求时则采用差基线设计，即用线阵中中等长度的基线减去比其短的基线，从而得到比最短基线更短的差基线需满足视场范围要求。

根据一个优选的实施方式，步骤S3中，当高频段最短实基线无法满足视场范围要求时则采用差基线设计，即用线阵中中等长度的基线减去比其短的基线，从而得到比最短基线更短的差基线需满足视场范围要求。

根据一个优选的实施方式，步骤S4中，每个频段内每条基线的测向精度小于长度与之相邻的更长基线的无模糊角的一半。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S1中，根据工作频段的最低频率确定低频段天线的最小口径。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S1中，根据视场范围得到高频段最短基线范围从而得到高频段天线最大口径。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S1中，基于低频段天线的最小口径和高频段天线最大口径，选取实际可用天线划分高低工作频段。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：由于天线尺寸限制，在小口径导引头上无法实现理想的多基线布阵，通常需要采用多套天线组合布阵高低不同频段以满足超宽带要求，但在有限口径下难以实现多组干涉仪布置。本发明提出一种高低频段复合布阵方法，解决了超宽带覆盖和小口径之间的矛盾。

该方法简单实用，解决了小口径线阵干涉仪布阵中可用口径与频段覆盖范围的矛盾。

通过实例验证，该发明效果明显，可在小口径导引头上实现超宽带复合布阵。压缩了布阵口径的同时节省了单元天线数量。

附图说明

图1是低频段线阵干涉仪布阵示意图；

图2是高频段线阵干涉仪布阵示意图；

图3是高低频段线阵干涉仪复合布阵示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明公开了一种基于小口径超宽带线阵干涉仪的复合布阵方法，充分利用了低频段天线，将不同频段的两套或者多套干涉仪布阵方案融合为一套复合天线阵面，实现小口径下的超宽带布阵。

干涉仪布阵需要解决测角精度，视场范围和正确解模糊问题。首先需要确定测角精度，测角精度由最长基线决定，最长基线由可用口径和天线尺寸决定，天线尺寸由最低频率决定，因此，在口径确定，频段确定的情况下，测角精度即确定；视场范围由最短基线决定，同样基线长度，频率越高视场范围越小，因此，需要在最高频率上确定短基线长度；最后，调整短基线长度，构建合理的中间基线满足解模糊要求。

所述复合布阵方法具体包括：

步骤S1：根据工作频段范围和可用的天线尺寸划分高低工作频段。

具体地，所述步骤S1中，根据工作频段的最低频率确定低频段天线的最小口径。根据视场范围得到高频段最短基线范围从而得到高频段天线最大口径。从而，基于低频段天线的最小口径和高频段天线最大口径，选取实际可用天线划分高低工作频段。

更进一步地，工作频段越低，天线口径越大，又因为布阵空间有限需要天线最小化设计，因此工作频段下限可确定低频段天线的最小口径。高频段首先考虑视场范围，视场范围需要更短的基线，需要更小的天线，因此在满足高频段视场范围的条件下，就得到了高频段天线的口径范围，高频段天线口径决定了高频段的最低工作频率，也就得到了频段划分依据。频段划分不是绝对的，在上述限定条件下，不会取极限值，通常要兼顾高低频段取比较折中的划分。

步骤S2：低频段布阵步骤，根据最大阵面口径和天线尺寸确定最长基线最大可布置长度，根据视场范围和低频段最高频率按公式1确定低频段最短基线范围；

式中，d为基线长度，λ为工作频率波长，θ_max为视场范围。

优选地，步骤S2中，当低频段最短实基线无法满足视场范围要求时则采用差基线设计，即用线阵中中等长度的基线(附图中为AB)减去比其短的基线(附图中为BC)，从而得到比最短基线更短的差基线需满足视场范围要求。

步骤S3：高频段布阵步骤，将一个高频段天线布置在低频段干涉仪中，与部分低频段天线构成高频段干涉仪，根据视场范围和高频段最高频率按公式1确定高频段最短基线范围。

优选地，步骤S3中，当高频段最短实基线无法满足视场范围要求时则采用差基线设计，即用线阵中中等长度的基线(附图中为AD)减去比其短的基线(附图中为DB)，从而得到比最短基线更短的差基线需满足视场范围要求。

步骤S4：复合布阵步骤，在高、低频段各自短基线能够布置的范围内调整各天线位置，按公式2计算各自频段内的各条基线测向精度，按公式3计算各自频段内的各条基线的无模糊角，从而构建出高低频段复合天线阵面；

式中，δ为测向精度，β为通道相位误差，d为基线长度，λ为工作频率波长，θ为视场角取0°；

式中，θ_mh为无模糊角，d为基线长度，λ为工作频率波长。

步骤S4中，每个频段内每条基线的测向精度小于长度与之相邻的更长基线的无模糊角的一半，以满足各频段解模糊要求。从而构建出高低频段复合天线阵面。

实施例1

例如，如图3所示干涉仪阵面，可用口径200mm，频段覆盖范围2-12GHz，视场范围60°，通道相位误差20°，可用的低频段天线直径45mm，工作频率下限2GHz，高频段天线直径30mm，工作频段下限6GHz。

复合布阵具体步骤如下：

(1)根据天线工作频段，划分工作频段为低频段2-6GHz和高频段6-12GHz两个频段；

(2)低频段2-6GHz布阵：可用口径200mm，取低频段天线A、B和C组成低频段干涉仪，低频段可布置最长基线长度不超过155mm。要满足60°视场范围，根据步骤S2计算低频段最短基线不大于50mm。

(3)高频段6-12GHz布阵：取高频段天线D与低频段天线A和B组成高频段干涉仪。要满足60°视场范围，根据步骤S3计算高频段最短基线不大于25mm，受天线尺寸限制高频段最短实基线长度为37.5mm不满足要求，因此需要构建差基线并使之不大于25mm。

(4)复合布阵：执行步骤S4，在上述计算结果限定的范围内调整各天线单元位置，在满足全频段正确解模糊条件下，考虑一定余量，选取一组基线组合完成复合布阵。经计算本实例各组基线可选取为：AD＝65mm，DB＝42mm，BC＝48mm，其中低频段最短基线长48mm，高频段最短基线长度为AD-DB＝23mm，均满足限定条件要求。

该方法在导引头这种小口径上充分利用了可用空间和可用天线，实现了小口径超宽带复合天线阵布阵。

上述实例证明，本发明简单实用，可有效解决小口径线阵干涉仪超宽带布阵中小口径与超宽带的难题。压缩了布阵口径的同时节省了单元天线数量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于小口径超宽带线阵干涉仪的复合布阵方法，其特征在于，所述复合布阵方法包括：

S1：根据工作频段范围和可用的天线尺寸划分高低工作频段；

所述步骤S1中，根据工作频段的最低频率确定低频段天线的最小口径；

所述步骤S1中，根据视场范围得到高频段最短基线范围从而得到高频段天线最大口径；

所述步骤S1中，基于低频段天线的最小口径和高频段天线最大口径，选取实际可用天线划分高低工作频段；

S2：低频段布阵步骤，根据最大阵面口径和天线尺寸确定最长基线最大可布置长度，根据视场范围和低频段最高频率按公式（1）确定低频段最短基线范围；

（1）

式中，d为基线长度，

为工作频率波长，/>

为视场范围；

S3：高频段布阵步骤，将一个高频段天线布置在低频段干涉仪中，与部分低频段天线构成高频段干涉仪，根据视场范围和高频段最高频率按公式（1）确定高频段最短基线范围；

S4：复合布阵步骤，在高、低频段各自短基线能够布置的范围内调整各天线位置，按公式（2）计算各自频段内的各条基线测向精度，按公式（3）计算各自频段内的各条基线的无模糊角，从而构建出高低频段复合天线阵面；

（2）

式中，

为测向精度，/>

为通道相位误差，d为基线长度，/>

为工作频率波长，/>

为视场角取0°；

（3）

式中，

为无模糊角，d为基线长度，/>

为工作频率波长。

2.如权利要求1所述的复合布阵方法，其特征在于，步骤S4中，每个频段内每条基线的测向精度小于长度与之相邻的更长基线的无模糊角的一半。

Images