一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法和系统与流程

1.本发明涉及无线电测向技术技术领域，具体而言，涉及一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法和系统。


背景技术：

2.干涉仪系统由于组成简单、测向精度高在测向领域广泛应用。其作为一种最简单的测向方式，也是其它测向方法的基础。
3.这种测向方式测向精度的影响因素主要有天线罩的非线性影响、天线安装误差及天线对不同方向来波的响应、模块温度变化导致内校正表恶化、天线阵元最大基线长度等因素。其中，除天线阵元最大基线长度外，其余因素均可以采用外校正或内校正的方式加以减小。而天线阵元的最大基线长度一般受实际安装尺寸限制不能任意增大，因此测向精度难以进一步提高。
4.但在实际应用中，现有的干涉仪测向精度难以满足高精度需要，干涉仪测向精度亟需进一步提高。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在采用干涉仪系统进行测向时，难以针对天线阵元的最大基线长度这一影响因素进行校正，测向精度无法满足高精度需要的技术问题之一。
6.为此，本发明第一方面提供了一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法。
7.本发明第二方面提供了一种采用远端参考阵元的干涉仪测向系统。
8.本发明提供了一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法，包括以下步骤：
9.s1、在常规干涉仪阵元1～n的基础上，选取远端参考阵元m；
10.s2、对常规干涉仪阵元1～n和远端参考阵元m进行校正；
11.s3、对校正后的数据进行测向应用，利用常规干涉仪阵元1～n进行测向的解模糊操作，得到测向结果a；
12.s4、将常规干涉仪阵元1～n、引入的远端参考阵元m共n 1个阵元任意两两组合，并将若干个组合根据组合内两个阵元间的基线长度进行排序；
13.s5、对s4中建立的若干个组合分别进行干涉仪测向，根据s3的测向结果a对若干个组合的测向结果b进行解模糊，排除无效测向结果；其中，阵元m不满足解模糊条件，含有阵元m的组合的至少部分测向结果为无效测向结果，即对含有阵元m的组合进行干涉仪测向后得到若干个模糊方位值；
14.s6、根据测向过程中，相位差的随机波动在统计上应趋近于均值为0，去除含有阵元m组合的测向结果中的若干个模糊方位值的无效测向结果，得到最终测向结果。
15.根据本发明上述技术方案的一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法，还可以具有以下附加技术特征：
16.在上述技术方案中，s6中根据测向过程中，相位差的随机波动在统计上应趋近于均值为0，去除含有阵元m组合的测向结果中的若干个模糊方位值的无效测向结果，包括以下步骤：
17.s61、统计基线长度最长的组合的所有模糊方位值；
18.s62、计算除基线长度最长的组合外的其它组合在测向结果为s61中任一模糊方位值时组合内两阵元的相位差，得到参考相位差；
19.s63、计算除基线长度最长的组合外的其它任一组合的参考相位差与实际相位差的差值，并求其平均值，将计算结果作为相位差随机波动值；
20.s64、对s61中所有模糊方位值重复步骤s62～s63，得到对应的相位差随机波动值；
21.s65、选择绝对值最小的相位差随机波动值所对应的模糊方位值作为最终的测向结果。
22.在上述技术方案中，s62中，参考相位差的计算方法如下：
23.ph_diff_i＝l*sin(theata1)/lamda*2*pi＝l*sin(theata1)/c*f*2*pi；
24.其中，i表示除基线长度最长的组合外的其它组合中第i个组合；ph_diff_i表示第i个组合的参考相位差；l表示常规干涉仪阵元1到阵元n之间的间距；lamda为信号波长；c为光速；f为信号频率；theata1为入射角。
25.在上述任一技术方案中，s1中所述远端参考阵元m的选取原则为：远端参考阵元应与常规干涉仪分别处于安装平台可安装范围边缘，两者相对放置，且远端参考阵元应处在常规干涉仪阵元构成的水平线上。
26.在上述任一技术方案中，s2中对常规干涉仪阵元1～n进行校正的方法为，利用常规干涉仪阵元1～n的校正表进行数据校正。
27.在上述任一技术方案中，s3中利用常规干涉仪阵元1～n进行测向的解模糊操作，得到测向结果包括：
28.phn-ph1＝l*sin(theata1)/lamda*2*pi＝l*sin(theata1)/c*f*2*pi；
29.theata1＝asin[(ph1-ph1)/(2*pi)/f*c/l]；
[0030]
其中，phn和ph1分别为常规干涉仪阵元n和常规干涉仪阵元1阵元的相位；l表示常规干涉仪阵元1到阵元n之间的间距；lamda为信号波长；c为光速；f为信号频率；theata1为入射角。
[0031]
在上述任一技术方案中，s4中将若干个组合根据组合内两个阵元间的基线长度从短到长进行排序。
[0032]
本发明还提供了一种采用远端参考阵元的干涉仪测向系统，用于如上述技术方案中任一项所述的一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法，包括远端参考阵元模块和常规干涉仪模块。
[0033]
在上述技术方案中，至少两个所述常规干涉仪模块分别与远端参考阵元模块相连。
[0034]
在上述技术方案中，所述远端参考阵元模块采用单元天线；
[0035]
所述单元天线通过射频电缆与常规干涉仪模块相连，或
[0036]
还包括本地采集分机，所述单元天线与本地采集分机信号连接，所述本地采集分机通过光信号与常规干涉仪模块相连。
[0037]
综上所述，由于采用了上述技术特征，本发明的有益效果是：
[0038]
提出了一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法和系统，能够在地面、飞机、舰载等应用场合尽最大可能利用安装空间，在无需考虑精度下降的前提下提高基线长度，同时利用统计特征解模糊，可作为当前常规干涉仪系统的重要补充，获得测向精度的提升，具有重要意义。
[0039]
具体的，可仅增加布署一个远离常规干涉仪系统的单元天线，就可使常规干涉仪系统的基线长度显著提升，测向精度也获得极大提高。
[0040]
使用统计的方法对远端参考阵元带来的测向模糊进行去除，在一定程度上解决测向模糊问题，且随着常规阵元数目的增加，测向结果也会更加准确。
[0041]
可构建“远端参考阵元 双站干涉仪系统”，在实现单个干涉仪高精度测向的基础上，实现双站的高精度交叉定位，解决短基线定位的难题。
[0042]
还可以将“远端参考阵元”置于中间，另外两个常规干涉仪分别布署在飞机的首尾两端，充分利用飞机长度作为基线，提高单机的瞬时测向定位精度。
[0043]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0044]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0045]
图1是本发明一个实施例的一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法的流程图；
[0046]
图2是本发明一个实施例的一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法中去除模糊方位值的原理图；
[0047]
图3是本发明一个实施例的一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法的原理图；
[0048]
图4是本发明一个实施例的一种采用远端参考阵元的干涉仪测向系统的示意图；
[0049]
图5是常规干涉仪测向方法的原理示意图。
具体实施方式
[0050]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0051]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0052]
下面参照图1至图5来描述根据本发明一些实施例提供的一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法。
[0053]
本技术的一些实施例提供了一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法。
[0054]
如图1至图5所示，本发明第一个实施例提出了一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法，包括以下步骤：
[0055]
s1、在常规干涉仪阵元1～n的基础上，选取远端参考阵元m；
[0056]
s1中所述远端参考阵元m的选取原则为：为保证获得尽可能大的基线提升，远端参考阵元应与常规干涉仪分别处于安装平台可安装范围边缘，两者相对放置，且远端参考阵元应处在常规干涉仪阵元构成的水平线上；远端参考阵元与常规干涉仪阵元1的间距为l
总
；常规干涉仪阵元1到阵元n的间距为l。
[0057]
远端参考阵元与常规干涉仪的线阵也可以不交汇于同一条水平线上，而是处于同一高度上，不在一个面上。不过此种情况就将复杂得多，需要对任意方位来波事先做好相位差的测量、存储，采用类似于相关干涉仪的方法来进行测向。
[0058]
s2、对常规干涉仪阵元1～n和远端参考阵元m进行校正；
[0059]
s2中对常规干涉仪阵元1～n进行校正的方法为，利用常规干涉仪阵元1～n的校正表进行数据校正。
[0060]
s3、对校正后的数据进行测向应用，利用常规干涉仪阵元1～n进行测向的解模糊操作，得到测向结果a；
[0061]
s3中利用常规干涉仪阵元1～n进行测向的解模糊操作，得到测向结果包括：
[0062]
phn-ph1＝l*sin(theata1)/lamda*2*pi＝l*sin(theata1)/c*f*2*pi；
[0063]
theata1＝asin[(ph1-ph1)/(2*pi)/f*c/l]；
[0064]
其中，phn和ph1分别为常规干涉仪阵元n和常规干涉仪阵元1阵元的相位；l表示常规干涉仪阵元1到阵元n之间的间距；lamda为信号波长；c为光速；f为信号频率；theata1为入射角。
[0065]
经过解模糊的测向结果d1已无模糊，但是存在一定的测向误差e1，测向结果可记为d1
±
e1。
[0066]
s4、将常规干涉仪阵元1～n、引入的远端参考阵元m共n 1个阵元任意两两组合，并将若干个组合根据组合内两个阵元间的基线长度进行排序；
[0067]
s4中将若干个组合根据组合内两个阵元间的基线长度从短到长进行排序，具体组合排序情况如下表所示：
[0068]
组合编号组合(两个阵元序号)v11,2v22,3v31,3
…………
v_c
2n 1
1,m
[0069]
其中，c
2n 1
表示对n 1个阵元的任意两个阵元进行数学上的排序组合。
[0070]
s5、对s4中建立的若干个组合分别进行干涉仪测向，根据s3的测向结果a对若干个组合的测向结果b进行解模糊，排除无效测向结果；其中，由于阵元m距干涉仪天线阵距离太远，并且没有固定距离值，可根据安装条件进行调节，因此阵元m不满足解模糊条件，含有阵元m的组合的至少部分测向结果为无效测向结果，即对含有阵元m的组合进行干涉仪测向后得到若干个模糊方位值，不含有阵元m的组合都仅有一个测向值；
[0071]
如图2所示，其中双箭头黑线表示实际的目标绝对方位值，空心方块表示每一种组合所得的目标方位的测量值；实心圆圈表示含有阵元m的组合测向的模糊方位值，利用常规方法无法去除模糊方位值；空心圆圈表示通过与不含阵元m的组合的空心方块范围进行比
较的办法进行去除的模糊方位值。
[0072]
s6、根据测向过程中，相位差的随机波动在统计上应趋近于均值为0，去除含有阵元m组合的测向结果中的若干个模糊方位值的无效测向结果，得到最终测向结果。
[0073]
s6中根据测向过程中，相位差的随机波动在统计上应趋近于均值为0，去除含有阵元m组合的测向结果中的若干个模糊方位值的无效测向结果，包括以下步骤：
[0074]
s61、统计基线长度最长的组合的所有模糊方位值；
[0075]
基线长度最长的组合即阵元1和阵元m的组合，将基线长度最长的组合的所有模糊方位值记为d_h＝{d_h_1,d_h_2,d_h_3，
……
，d_h_i,
……
,d_h_n}；
[0076]
s62、计算除基线长度最长的组合外的其它组合在测向结果为s61中任一模糊方位值时组合内两阵元的相位差，得到参考相位差；
[0077]
计算除基线长度最长的组合外的其它组合在测向结果为s61中任一模糊方位值时组合内两阵元的相位差，得到参考相位差；
[0078]
如对模糊方位值为d_h_1时的各组合对应的参考相位差进行计算时，计算除了基线长度最长组合外的其它p种组合情况下的两阵元在测向结果为d_h_1时的相位差；
[0079]
s62中，参考相位差的计算方法如下：
[0080]
ph_diff_i＝l*sin(theata1)/lamda*2*pi＝l*sin(theata1)/c*f*2*pi；
[0081]
其中，i表示除基线长度最长的组合外的其它组合中第i个组合；ph_diff_i表示第i个组合的参考相位差；l表示常规干涉仪阵元1到阵元n之间的间距；lamda为信号波长；c为光速；f为信号频率；theata1为入射角。
[0082]
s63、计算除基线长度最长的组合外的其它任一组合的参考相位差与实际相位差的差值，并求其平均值，将计算结果作为相位差随机波动值；
[0083]
即测向结果为d_h_1时，求取p种组合内两阵元的实际相位差与其对应的参考相位差的差值，得到p个结果，求取p个结果的平均值，得到相位差随机波动值m1；
[0084]
s64、对s61中所有模糊方位值重复步骤s62～s63，得到对应的相位差随机波动值；
[0085]
即分别对测向结果为d_h_2,d_h_3，
……
，d_h_i,
……
,d_h_n用步骤s62～s63进行计算，得到对应的相位差随机波动值，m2,m3
……
，mi,
……
,mn。
[0086]
s65、选择绝对值最小的相位差随机波动值所对应的模糊方位值作为最终的测向结果。
[0087]
绝对值最小的相位差随机波动值m＝{abs(m1-0),abs(m2-0),abs(m3-0)，
……
，abs(mi-0),
……
,abs(mn-0)}，选择m的最小值对应的模糊方位值，如mi的绝对值最小，此时d_h_i即为最终的无模糊方位值，为最终的测向结果。
[0088]
本发明第二个实施例提出了一种采用远端参考阵元的干涉仪测向系统，且在第一个实施例的基础上，如图1至图5所示，用于如上述实施例所述的一种采用远端参考阵元的干涉仪测向方法，包括远端参考阵元模块和常规干涉仪模块。
[0089]
远距离参考阵元模块与常规干涉仪模块是属于不同的物理组成，两者在物理上是分离的，是为了充分利用载体平台的可安装尺寸作为干涉仪的基线而设立的，两者物理距离可以达到几十米甚至上百米。
[0090]
至少两个所述常规干涉仪模块分别与远端参考阵元模块相连。
[0091]
采用两个常规干涉仪模块加远端参考阵元模块级连形式，实现高精度单站测向，
进而可以进行两站交叉定位，解决短基线定位的问题。
[0092]
所述远端参考阵元模块采用单元天线；
[0093]
所述单元天线通过射频电缆与常规干涉仪模块相连，单元天线通过一根射频电缆传输到常规干涉仪模块，作为常规干涉仪模块的输入；
[0094]
还包括本地采集分机，所述单元天线与本地采集分机信号连接，所述本地采集分机通过光信号与常规干涉仪模块相连。
[0095]
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0096]
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。