干涉仪测向原理.docxVIP

(a) 单基线情形 (b) 多基线情形 图 1 一维相位干涉仪测向原理干涉仪测向的实质 (a) 单基线情形 (b) 多基线情形 图 1 一维相位干涉仪测向原理 干涉仪测向的实质，是利用无线电波在测向基线上形 成的相位差来确定来波方向。一般情况下，测向机只需得 到来波的方位角就够了。特殊情况下，要求测向机具有对 来波的方位角和仰角同时进行测向的能力，如对空中目 标、对短波天波信号测向。 维”是指测向天线为“线型”布阵，即所有的测向天线阵 元都处于同一条直线上，与之相对应，“二维”是指测向 天线为“面型”布阵，即所有的测向天线阵元都处于同一 个平面内。 一维相位干涉仪测向公式为: φ = (2 π Dsin Θ)/ λ （1） 其中，φ为 A-B 基线相位差;D 为基线长度;Θ为来 波方位角;λ为来波波长。 由于干涉仪测量的相位差（测量值）只能在±180° 范围内，由式（1）可知，当基线长 Dλ /2 时，对于任 一方向入射波基线实际相位差（实际值）在±180°以内， 测量值反映实际值;当基线长 Dλ /2 时，对某方向入射 波基线相位差实际值可能超过±180°的范围，但测量值 只能在±180°范围内，此时从测量值推算实际值时就存 在若干个可能，这就是“相位模糊”。所以基线长度 D 必 须小于λ/2，否则会引起示向多值，即不能保证实际示向 与相位差的一一对应，即一个测定的φ，可以计算出两个 或两个以上的示向度，这当然是不允许的。然而，对基线 长度的限制却制约着测向准确度的提高。为了解决这个矛 1.1 一维相位干涉仪测向原理 图1是一维相位干涉仪原理图。其中(a)为一维单基线 相位干涉仪原理，(b)为一维多基线相位干涉仪原理。“一 43 1 一维相位干涉仪 干涉仪测向原理 国家无线电监测中心 肖秀丽 图 2 一维多基线相位干涉仪图 3 前后方来波示意图盾，一般采用长短基线结合的办法。对于某个工作频率，多基线相位干涉仪中既有“长基线”也有“短基线”。尽 管“长基线”存在相位多值，但利用相位单值的“短基线” 相位，可以解算出“长基线”的实际相位的精确值，这个 过程称为“解相位模糊”。当最长基线长度越长时，解相 位模糊所需辅助天线元的数量越多， 图 2 一维多基线相位干涉仪 图 3 前后方来波示意图 盾，一般采用长短基线结合的办法。对于某个工作频率， 多基线相位干涉仪中既有“长基线”也有“短基线”。尽 管“长基线”存在相位多值，但利用相位单值的“短基线” 相位，可以解算出“长基线”的实际相位的精确值，这个 过程称为“解相位模糊”。当最长基线长度越长时，解相 位模糊所需辅助天线元的数量越多，此时，系统的测向精 度越高。 对一维相位干涉仪来说，就是采用一维多基线相位干 涉仪。下面举一个最简单的例子，见图 2。 线长度比值为2.5，则长基线相位差的一组精确值为-112° +2 k π（其中 k 取 0、± 1、± 2 ），根据基线相位差与 基线长度成正比，可以得到长基线相位差的一个粗值为 2.5 × 100°=250°，显然只有当 k=1 时，-112°+2 k π =248°与 250°最接近，所以长基线相位差的精确值为 248°。 1.2 一维相位干涉仪测向存在的缺陷 如图3所示，当同一频率电波分别从前方和后方以相 同的夹角入射到基线时，可以得出电波到达 A -A 基线相 0 1 位差均为(2 πDsinΘ)/ λ，但是来波的方位角却分别为 θ和 180°- θ，所以一维相位干涉仪无法区分前方与后 方。 A 、A 、A 组成如图 2 所示的天线阵，其中 dλ / 0 1 2 2 ，D=md （m1 ）。 因为 dλ /2，所以φ^ = Ψ ; （2） （3） （4） 1 1 因为 Dλ /2，所以φ ^ = Ψ +2k π; 2 φ ＊ 2 =m φ^ 。 2 1 其中，Ψ 为 A -A 基线相位差测量值;Ψ 为 A -A 1 0 1 基线相位差测量值;k 值为 0、± 1、± 2 解相位模糊步骤如下: 2 0 2 。 (1) 由式（2），根据Ψ 直接得到 A -A 基线相位差 一维相位干涉仪测向存在以下缺陷: (1) 一维相位干涉仪测向的测向方位角范围只能为 [-90°，+90°]，存在无法区分前方与后方的缺点，即 前后方来波以相同夹角入射到基线形成的基线相位差无区 别（由sinΘ的对称性也可看出）。 (2) 一维相位干涉仪测向仅适合于来波入射方向与基 线不存在仰角的测向场合。式（1）中仅针对俯仰角等于 零的情形，如果存在仰角，则等式（1）不成立，如仍沿 用此式计算方位角，会引起额外的测向误差。 因此，一维相位干涉仪不适合以下来波有仰角的测向 场合:机载测向、地对空目标测向、短波天波测向。 1 0 1 φ^ ; 1 (2)