CN115598584A - 一种干涉仪测向结果质量评估方法、设备及介质 - Google Patents

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CN115598584A CN202211140550.4A CN202211140550A CN115598584A CN 115598584 A CN115598584 A CN 115598584A CN 202211140550 A CN202211140550 A CN 202211140550A CN 115598584 A CN115598584 A CN 115598584A
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沈路
杜冶
张续莹
李延飞
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Abstract

本发明公开了一种干涉仪测向结果质量评估方法、设备及介质，其中评估方法包括：利用测向的方位和基线长度进行理论相位差的反向计算，然后基于各个基线的真实测量相位差与理论相位差的差值，通过信噪比和天线基线设计时的最大相位差容差计算门限值，再通过所述差值与门限值的关系获得各个基线的测向结果质量评估，最后对各个基线的测向结果质量评估数据通过相乘进行结果融合，从而得到最终的干涉仪测向结果质量评估。测向结果质量评估数据可用于评估出干涉仪测向结果是否可信，从而防止设备由于测向错误而导致性能下降的问题。

Description

一种干涉仪测向结果质量评估方法、设备及介质
技术领域
本发明涉及测向技术领域，尤其涉及一种干涉仪测向结果质量评估方法、设备及介质。
背景技术
干涉仪测向系统利用多基线天线所接收的来波之间的相位差进行测向，具有测向灵敏度高、测向精度高、测向速度快、信号适应性较强、抗多径能力较强、设备复杂度低等优点，在无线电监测、电子侦察、无源定位等领域获得广泛的应用。
但从目前干涉仪的应用情况来看，其实际测向效果通常远远小于理论效果，甚至某些设备经常出现测向由于解模糊出错，而导致测向错误的问题。相位差的准确与否直接关系这测向的准确性(参考：基于相位干涉仪测向系统的相位误差分析，吴宝东,陈舒，2008)。在当前干涉仪测向实际系统中，影响相位差的准确性主要包含有以下几个方面：1)天线基线设计时解模糊对于相位误差的容忍性；2)信噪比的影响，热噪声会引起相位差的波动；3)系统校正误差的影响，由于每个天线接收通道并非理想，在实际的干涉仪系统中首先需要进行通道间的相位差校正，如果校正不理想，则通道间会残存一部分固有偏差；4)复杂电磁环境下，由于多径叠加或者电磁波在设备上的爬行波、天线间的耦合等因素。
在这些因素中，第一个因素是在设备设计之初就考虑的，而后面三个因素导致的相位差如果超出基线设计时的容忍性时，就可能导致解模糊出错，从而测向错误。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种干涉仪测向结果质量评估方法、设备及介质，用于评估出干涉仪测向结果是否可信，从而防止设备由于测向错误而导致性能下降的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种干涉仪测向结果质量评估方法，包括以下步骤：
S1.利用测向的方位和基线长度进行理论相位差的反向计算；
S2.基于各个基线的真实测量相位差与理论相位差的差值，通过信噪比和天线基线设计时的最大相位差容差计算门限值，再通过所述差值与门限值的关系获得各个基线的测向结果质量评估；
S3.对各个基线的测向结果质量评估数据通过相乘进行结果融合，得到最终的干涉仪测向结果质量评估。
进一步地，步骤S1中，理论相位差的反向计算公式为：
Figure RE-GDA0003940954890000021
其中，dn为第n个天线的基线长度，fc为信号载频，θ为测向结果，c为光速。
进一步地，步骤S1还包括基于理论相位差
Figure RE-GDA0003940954890000022
计算折叠在360°以内的理论相位差
Figure RE-GDA0003940954890000023
其计算公式为：
Figure RE-GDA0003940954890000024
Figure RE-GDA0003940954890000025
其中，
Figure RE-GDA0003940954890000026
表示向下取整运算。
进一步地，步骤S2中，测量相位差
Figure RE-GDA0003940954890000027
与理论相位差
Figure RE-GDA0003940954890000028
的差值为：
Figure RE-GDA0003940954890000031
其中，||表示绝对值运算。
进一步地，步骤S2还包括基于差值
Figure RE-GDA0003940954890000032
计算折叠在360°以内的差值
Figure RE-GDA0003940954890000033
其计算公式为：
Figure RE-GDA0003940954890000034
进一步地，基于信噪比SNR计算由于噪声引起的最大相位差偏差：
Figure RE-GDA0003940954890000035
进一步地，基于差值
Figure RE-GDA0003940954890000036
和噪声引起的最大相位差偏差Φtheory计算各个基线的测向结果质量：
Figure RE-GDA0003940954890000037
其中，max{Φtheory,Φthres}表示在噪声引起的最大相位偏差Φtheory与天线基线设计时的最大相位差容差Φthres二者中取大。
进一步地，步骤S3中，对各个基线的测向结果质量进行相乘，获得干涉仪测向结果质量的综合评估结果：
Cfidtotal＝Cfid1·Cfid2…CfidN。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述干涉仪测向结果质量评估方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述干涉仪测向结果质量评估方法的步骤。
本发明的有益效果在于：
本发明利用测向的方位和基线长度进行理论相位差的反向计算，然后基于各个基线的真实测量相位差与理论相位差的差值，通过信噪比和天线基线设计时的最大相位差容差计算门限值，再通过所述差值与门限值的关系获得各个基线的测向结果质量评估，最后对各个基线的测向结果质量评估数据通过相乘进行结果融合，从而得到最终的干涉仪测向结果质量评估。测向结果质量评估数据可用于评估出干涉仪测向结果是否可信，从而防止设备由于测向错误而导致性能下降的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的干涉仪测向结果质量评估方法流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种干涉仪测向结果质量评估方法，包括以下步骤：
S1.利用测向的方位和基线长度进行理论相位差的反向计算；
S2.基于各个基线的真实测量相位差与理论相位差的差值，通过信噪比和天线基线设计时的最大相位差容差计算门限值，再通过所述差值与门限值的关系获得各个基线的测向结果质量评估；
S3.对各个基线的测向结果质量评估数据通过相乘进行结果融合，得到最终的干涉仪测向结果质量评估。
优选地，步骤S1中，理论相位差的反向计算公式为：
Figure RE-GDA0003940954890000051
其中，dn为第n个天线的基线长度，fc为信号载频，θ为测向结果，c为光速。
由于在干涉仪基线设计时，通常为了满足高精度测向需求，理论相位差
Figure RE-GDA0003940954890000052
可能超过360°，而所有的测量相位差都在360°以内。优选地，基于理论相位差
Figure RE-GDA0003940954890000053
计算折叠在360°以内的理论相位差
Figure RE-GDA0003940954890000054
其计算公式为：
Figure RE-GDA0003940954890000055
Figure RE-GDA0003940954890000056
其中，
Figure RE-GDA0003940954890000057
表示向下取整运算。
优选地，步骤S2中，测量相位差
Figure RE-GDA0003940954890000058
与理论相位差
Figure RE-GDA0003940954890000059
的差值为：
Figure RE-GDA00039409548900000510
其中，||表示绝对值运算。
考虑到相位差的差值
Figure RE-GDA00039409548900000511
也可能存在360度内模糊，因此进一步计算不模糊的差值
Figure RE-GDA0003940954890000061
其计算公式为：
Figure RE-GDA0003940954890000062
并基于信噪比SNR计算由于噪声引起的最大相位差偏差：
Figure RE-GDA0003940954890000063
再基于差值
Figure RE-GDA0003940954890000064
和噪声引起的最大相位差偏差Φtheory计算各个基线的测向结果质量：
Figure RE-GDA0003940954890000065
其中，max{Φtheory,Φthres}表示在噪声引起的最大相位偏差Φtheory与天线基线设计时的最大相位差容差Φthres二者中取大。
最后对各个基线的测向结果质量进行相乘，获得干涉仪测向结果质量的综合评估结果：
Cfidtotal＝Cfid1·Cfid2…CfidN。
具体地，假设信号的载频fc＝1GHz，天线基线长度为 d1＝0.15m,d2＝0.4m,d3＝1.2m，接收信号的信噪比为SNR＝15dB，接收信号的测量相位差为
Figure RE-GDA0003940954890000066
测向的结果为θ＝45°，干涉仪系统基线设计时的最大容忍相位偏差为Φthres＝30°。相应地，干涉仪测向结果质量评估方法的具体步骤为：
1、基于信号的载频fc、测向结果θ以及天线基线长度d1,d2,…,dN反算出当前测向结果的理论相位差：
Figure RE-GDA0003940954890000071
得到：
Figure RE-GDA0003940954890000072
其中，
Figure RE-GDA0003940954890000073
的单位为弧度，c为光速。
2、基于理论相位差
Figure RE-GDA0003940954890000074
计算折叠在360°以内的理论相位差
Figure RE-GDA0003940954890000075
得到：
Figure RE-GDA0003940954890000076
3、估计理论相位差
Figure RE-GDA0003940954890000077
与测量相位差
Figure RE-GDA0003940954890000078
的差值
Figure RE-GDA0003940954890000079
得到：
Figure RE-GDA00039409548900000710
4、考虑到相位差的差值
Figure RE-GDA00039409548900000711
也可能存在360度内模糊，因此进一步计算不模糊的差值
Figure RE-GDA00039409548900000712
得到：
Figure RE-GDA00039409548900000713
5、基于信噪比SNR，计算由于噪声引起的最大相位差偏差Φtheory，得到：
Φtheory＝30.5°
6、基于
Figure RE-GDA00039409548900000714
和Φtheory计算各个基线的测向结果质量：
Figure RE-GDA00039409548900000715
得到：
Cfid1＝0.894,Cfid2＝0.944,Cfid2＝1
7、对各个基线的测向结果质量进行相乘，获得干涉仪测向结果质量的综合评估结果，得到：
Cfidtotal＝0.843
经过上述处理，可用于评估出干涉仪测向结果是否可信，从而防止设备由于测向错误而导致性能下降的问题。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上：
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现实施例1的干涉仪测向结果质量评估方法的步骤。其中，计算机程序可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或者某些中间形式等。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上：
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例1的干涉仪测向结果质量评估方法的步骤。其中，计算机程序可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或者某些中间形式等。存储介质包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器 (ROM)、随机存取存储器(RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，存储介质不包括电载波信号和电信信号。
需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简便描述，故将其表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

Claims (10)

1.一种干涉仪测向结果质量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.利用测向的方位和基线长度进行理论相位差的反向计算；
S2.基于各个基线的真实测量相位差与理论相位差的差值，通过信噪比和天线基线设计时的最大相位差容差计算门限值，再通过所述差值与门限值的关系获得各个基线的测向结果质量评估；
S3.对各个基线的测向结果质量评估数据通过相乘进行结果融合，得到最终的干涉仪测向结果质量评估。
2.根据权利要求1所述的干涉仪测向结果质量评估方法，其特征在于，步骤S1中，理论相位差的反向计算公式为：
Figure RE-FDA0003940954880000011
其中，dn为第n个天线的基线长度，fc为信号载频，θ为测向结果，c为光速。
3.根据权利要求2所述的干涉仪测向结果质量评估方法，其特征在于，步骤S1还包括基于理论相位差
Figure RE-FDA0003940954880000012
计算折叠在360°以内的理论相位差
Figure RE-FDA0003940954880000013
其计算公式为：
Figure RE-FDA0003940954880000014
Figure RE-FDA0003940954880000015
其中，
Figure RE-FDA0003940954880000016
表示向下取整运算。
4.根据权利要求3所述的干涉仪测向结果质量评估方法，其特征在于，步骤S2中，测量相位差
Figure RE-FDA0003940954880000017
与理论相位差
Figure RE-FDA0003940954880000018
的差值为：
Figure RE-FDA0003940954880000021
其中，| |表示绝对值运算。
5.根据权利要求4所述的干涉仪测向结果质量评估方法，其特征在于，步骤S2还包括基于差值
Figure RE-FDA0003940954880000022
计算折叠在360°以内的差值
Figure RE-FDA0003940954880000023
其计算公式为：
Figure RE-FDA0003940954880000024
6.根据权利要求5所述的干涉仪测向结果质量评估方法，其特征在于，基于信噪比SNR计算由于噪声引起的最大相位差偏差：
Figure RE-FDA0003940954880000025
7.根据权利要求6所述的干涉仪测向结果质量评估方法，其特征在于，基于差值
Figure RE-FDA0003940954880000026
和噪声引起的最大相位差偏差Φtheory计算各个基线的测向结果质量：
Figure RE-FDA0003940954880000027
其中，max{Φtheory,Φthres}表示在噪声引起的最大相位偏差Φtheory与天线基线设计时的最大相位差容差Φthres二者中取大。
8.根据权利要求7所述的干涉仪测向结果质量评估方法，其特征在于，步骤S3中，对各个基线的测向结果质量进行相乘，获得干涉仪测向结果质量的综合评估结果：
Cfidtotal＝Cfid1·Cfid2…CfidN。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-8任一项所述的干涉仪测向结果质量评估方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述的干涉仪测向结果质量评估方法的步骤。
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