相位干涉仪测向
相位法测向
相位法测向原理与仿真03071201 张北辰一、理论分析1、相位法测向原理：以单基线干涉仪测向为例，其电波到达相邻天线阵元形成的波程差如上图所示。
图中测向天线阵由两个阵元组成，假设辐射源与阵元相距很远，所以可认为辐射源发射到阵元1和2的信号平行。
假设阵元1和阵元2之间的间距为d，来波方向与阵列法线方向的夹角为。
测向的实质是测量夹角。
阵元1和阵元2接收到的信号传播存在波程差，因而也存在相位差。
设阵元1接收信号为则阵元2的接收信号为其中λ为信号波长从上可以看出，相位差为即为相位差和入射波方向的简单推倒公式。
2、精度与多值性问题：相位差φ值测量不准, 将产生测角误差, 它们之间的关系如下可以看出, 采用读数精度高(dφ小)的相位计, 或减小λ/d值(增大d/λ值), 均可提高测角精度。
也注意到：当θ=0 时, 即目标处在天线法线方向时, 测角误差dθ最小。
当θ增大, d θ也增大, 为保证一定的测角精度, θ的范围有一定的限制。
增大d/λ虽然可提高测角精度, 但在感兴趣的θ范围(测角范围)内, 当d/λ加大到一定程序时, φ值可能超过2π, 此时φ=2πN+ψ, 其中N为整数; ψ＜2π, 而相位计实际读数为ψ值。
由于N值未知, 因而真实的φ值不能确定, 就出现多值性(模糊)问题。
必须解决多值性问题, 即只有判定N值才能确定目标方向。
还有一种有效的途径，便是使两个接收阵元均具有方向性，若使两接收阵元主瓣均对准θ=0方向，该方向接收到的Φ=0所对应的信号幅值比其他Φ=0对应信号幅值大，从而能在多值中找出目标的真正方位，解决多值问题二：仿真采用两个线阵作接收阵元，子阵元之间间距均为d=λ/2,入射角θ=0.0176°，入射信号频率为100Hz，采样频率2000Hz进行仿真，结果如下上图为两个基阵分别接收到的信号波形，可以看出，两个信号始终保持一个相位差，而这个相位差就是我们推算入射角度的重要量。
相位干涉仪测向定位研究
3. 5 0. 046 0. 046 0. 049 0. 053 0. 060 0. 070 0. 091 0. 13
标准偏差 。
在推导式 (9) 的过程中已假定各误差源 是相互独立的 。一般说来 ,电磁波波长 (或频 率) 和基线长度都能加以精确测定 ,所以在式 (9) 中 ,主要的误差来源是右边的第一项 。而 引起σφ 的主要误差源是 :接收通道的相位不 一致性 、热噪声引起的随机相位抖动 ,以及数 字逻辑处理引入的相位噪声 (主要是量化噪 声) 等 。天线相位中心的移动既可造成基线
长度的变化 ,又可引起通道相位不一致 ,但一 般可以做到足够小 。其中热噪声引起的单通
道随 机 相 位 抖 动 的 标 准 偏 差 可 按 下 式 计
算[1 ]
σφ1 = 1 2 ( S N R)
(10)
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Keywords :Radiation source positioning ; Electronic reconnaissance ; + Phase interferometer ; + Direction finding and positioning
0 引言
众所周知 ,对辐射源进行测向定位的相 位干涉仪在军事和民用领域内都有着重要而 广泛 的 应 用[1 ,2 ] 。在 军 事 领 域 , 对 港 口 、机 场 、军舰和导弹发射场地等军事设施的雷达 、 通讯 、测控等无线电辐射源进行侦察定位 ,对
相位干涉仪的基本设计问题之一 , 就是 要解决高的测向灵敏度 (精度) 和有限的不模 糊视角之间的矛盾 。
干涉仪测向原理、方法与应用
干涉仪测向原理、方法与应用
干涉仪测向，是一种用于测量振动方向特性的特殊仪器，其原理是通过观察两个或更多具有不同振动方向的振动源之间的振动互相移动的情况，以便确定测量的振动方向的特性。
它是针对特定的测量对象，来测量特定频率的振动方向，可以更准确的说明物体的动态变化情况。
干涉仪的测量方法主要是双源测向（DirectionalMethod），假设有两源的振动，两个振动源的信号应该有差异，比如一个在水平面上振动，另一个在垂直面上振动，双源测向应用两个振动源监测方向特性，以振动信号来检测。
首先把这两个源靠近在一起，然后使用双源测向仪器从两个振动源采集数据，最后计算两个振动源之间的相位差来测量振动方向特性，也可以画出测量振动的方向图。
干涉仪测向可以应用于多个行业，是一种重要的检测测量仪器。
在机械行业，干涉仪测向可以用于检测轴承、齿轮和螺旋轮等零件的转动情况，确定振动方向，进而帮助判断发动机或液压系统等机械系统振动方向特性；在航空航天及防空防御行业，它用于测量发动机振动特性，以确定发动机性能指标的方向变化；在固体冲击行业，干涉仪测向可以用于测量核爆炸、战地炮弹爆炸产生的空气压力波振动方向特性，其结果反映了爆炸着陆的实际效果；在音乐音响领域，双源测向测量扩声器在特定空间中的声音方向特性；还有在电力行业，干涉仪测向用于检测电力变压器线圈变压情况，确定变压器是否存在振动，从而确保电力系统的安全。
干涉仪测向是一种能够测量振动方向特性的特殊仪器，可以根据双源测向方法来进行测量，它的原理主要是通过观察两个振动源之间的振动情况来判断振动方向特性，有着广泛的应用范围，对各行各业多个行业有重要意义与价值。
某干涉仪测向系统的测向精度影响因素及相位校准研究
www�ele169�com | 53电子测量0 引言电子战是确保己方使用电磁频谱、同时阻止敌方使用电磁频谱。
电子战最基本的任务之一是提供作战威胁态势情报。
电子对抗侦察本质上就是用于探测、识别并定位威胁源。
而无线电测向是实现威胁源定位的前提条件。
通过截获无线电信号，进而确定辐射源所在方向的过程，称为无线电测向。
测向是电子对抗侦察的重要任务，它可以为辐射源的分选和识别提供可靠的依据，为电子干扰和摧毁攻击提供引导，为作战人员提供威胁告警，为辐射源定位提供参数。
干涉仪测向误差与天线的测向系统的干涉仪基线长度选择、射频通道的相位一致性、测频精度等密切相关。
某电子侦察系统，采用5路干涉仪测向体制。
本文从干涉仪测向的基本原理分析影响干涉仪测向精度的影响因素，而后通过设计校准系统，通过通道校准，减少了多通道的相位误差，增加了干涉仪测向系统稳定性。
1 干涉仪测向基本原理及误差分析■1.1 单基线干涉仪测向原理干涉仪测向是通过测量位于不同波前的天线接收信号的相位差，通过转换处理得到辐射源的方位。
一般情况下，测向设备只需得到来波的方位角就够了，一维线阵干涉仪天线就可以实现。
但是在对空中目标、短波天波信号等测向的场景下，测向设备要求具备对入射波的方位角和俯仰角同时测向的能力，需要二维干涉仪天线阵测向（即所有的测向天线阵元都在一个平面内）。
二维阵的测向误差可以由一维线阵类比。
最基本的单基线干涉仪测向由两个天线通道组成,如图1所示,两个天线之间的物理距离d 称为干涉仪基线。
假设辐射源距离天线足够远，满足天线的远场条件。
辐射源与天线的法向方向夹角为θ，辐射源电磁波到达两个天线的时间就有先有后，存在相位差。
它到达两个天线的相位差为：2sin d πφθλ=(1)式中，λ为信号波长，d 为干涉仪天线基线，即两天线的物理距离。
如果两个接收机信道的响应完全一致，两个信道输出信号的相位差仍为φ，再通过鉴相器输出的相位差信息：cos sin Uc Us ϕϕ=Κ=Κ (2) 1tan Us Uc φ−= (3)K 为系统增益。
干涉仪测向精度定义
干涉仪测向精度定义
干涉仪测向精度是指干涉仪在测量目标方向时所能达到的精确程度。
干涉仪是一种利用光的干涉现象进行测量的仪器，其原理是通过将光束分成两束，经过不同路径后再次合成，利用干涉现象来测量目标的方向。
在干涉仪中，测向精度是一个重要的指标，它直接影响到测量结果的准确性和可靠性。
测向精度的定义可以从以下几个方面来考虑：1. 分辨率：分辨率是指干涉仪能够区分两个相邻目标之间最小角度差。
较高的分辨率意味着干涉仪可以更准确地区分目标之间的微小差异。
因此，分辨率越高，测向精度越高。
2. 系统误差：系统误差是由于干涉仪本身结构、光路设计等因素引起的误差。
这些误差可能导致实际测量结果与真实值之间存在偏差。
为了提高测向精度，需要对系统误差进行校正和补偿。
3. 环境影响：干涉仪的测向精度还受到环境因素的影响，如温度、湿度、振动等。
这些因素可能导致光路的变化，从而影响测量结果的准确性。
因此，在实际应用中，需要对环境因素进行监测和控制，以提高测向精度。
4. 数据处理：干涉仪所得到的干涉图像需要进行数据处理和分析，以提取目标方向信息。
数据处理的算法和方法也会对测向精度产生影响。
因此，选择合适的数据处理方法和算法对于提高测向精度至关重要。
综上所述，干涉仪测向精度是指干涉仪在测量目标方向时所能达到的准确程度。
它受到分辨率、系统误差、环境影响和数据处理等多个因素的综合影响。
为了提高测向精度，需要在设计、校正、环境控制和数据处理等方面进行综合考虑和优化。
单站无源雷达侦察设备的相位干涉仪测向试飞技术
科技 叠向导
２ ０ １ ５ 年１ ４ 期
单站无源雷达侦察设备 的相 位干涉仪测 向试 飞技术
（ １ ． 中国飞行试验研究院
【 翱 ７ １ ０ ０ ８ ９ ； ２ ． 南京科瑞达 电子装备有限责任公司
江苏
南京
２ １ １ Ｉ Ｏ ０ ）
要】 本文主要介绍 了单站无 源雷达侦 察设备的 目标测 向方 法的几种 原理及 实现方法 ， 并对 单基 线测向的误差进行 了分析 ， 最后 给出
该方法应用 于某型直升机单站雷达侦察定位设 备测向的试飞情况。 【 关键词 】 单基线相位干 涉仪测向 ； 测向理论误 差分析 ； 多基线相位 干涉测向
位角公式 ． Ｏ ． 引 言 雷 达侦 察设备作 为各军种重要 的电磁环境情 报来源和威胁 告警 相位差公式 ： ‘ ｐ ＝ （ ） ｓ ｉ ｎ ２ ＾ 信息来源 ． 其各项雷达参数 的测量指标 ， 将会对平 时的情 报收集工作 、
仃 ｎ
）
１ ． 单 站 雷 达 侦 察 设 备 测 向 技 术
单 站无源雷达 侦察设备 的测 向技术 ． 主要包 括波束搜索 法 、 比幅 法、 多波束比幅测 向法 、 相位 干涉仪 法等 。 波束搜索法测向技术体制简单 ． 在工程比较 易于实现 ． 其主要是通 过侦察 天线波束在方位上进行搜索 ．同时记 下雷达辐射信号在 检测 门 限的位置 ． 然后进行方位估算而获取。比幅法测 向在本质上依赖于天线 和通道 的数量 、 通道问的幅频特性及对入射信号的视频检测精度。多波 束比幅测 向系统主要是通 过多个 同时窄波束覆盖测 向范 围。多波束天 线在接收到辐射信号之后 ， 通过 限幅 、 放大 、 滤波和视频检波 ， 测量每个 窄波束接收到的信号幅度 然后寻找最大幅度所在 的波束 ． 与其相邻的 波束进行比较 、 拟合计算 ， 获取辐射源的入射方位 。相位干涉仪测向技 术． 其原理和到达时间差测向类似。到达时间差法测 向测量的对象是时 间差 ．而相位干涉仪测向技术测量 的是人射信号 到达基线两端天线的 相位差 雷达侦察设备的工作频率范围一般在 ２ Ｇ Ｈｚ 以上频段 ． 相应的 其信号波长在 １ ５ ０ ａ ｒ ｍ 以下 ． 这样 ． 在很 小的距离 内， 其相位变化很 大 通过高精度的相位测量技术 ． 我们可以对信号的相位差进行检测 然后 通过相位差与基线 的三角关系， 解算出信号的入射角度 。
基于机载平台的干涉仪测向技术
实验与分析
04
选择开阔的室外场地，以确保无障碍物阻挡信号传播，同时避免多径效应和电磁干扰。
实验场景
使用高精度的干涉仪测向设备，包括发射机和接收机，确保设备性能稳定且精度高。
设备介绍
在实验场景中，将发射机放置在已知位置，调整其发射信号的方向；然后使用接收机在一定范围内扫描空间，记录接收到的信号强度和相位信息。
精度与稳定性
提高测向精度和稳定性是另一个关键技术问题。可以通过优化算法、改进硬件设计和加强校准等方法来实现。
数据传输与处理速度
在实时测向应用中，数据传输与处理速度至关重要。采用高速数据传输技术和高效的数据处理算法可以提高系统的响应速度和实时性。
系统集成与测试
在机载平台上集成干涉仪测向系统需要进行严格的测试和验证，以确保系统在各种环境和条件下能够稳定可靠地工作。这包括系统集成、测试方案设计、测试实施和结果分析等方面的工作。
平台稳定性
机载平台应具备良好的机动性，以便快速响应并到达指定区域进行测向任务。
平台机动性
根据干涉仪测向系统的规模和需求，合理选择机载平台的容量，包括载荷、体积和重量等参数。
平台容量
测向天线阵列：在机载平台上安装多个测向天线，组成阵列以实现多通道信号接收。
Байду номын сангаас
抗干扰能力
在复杂电磁环境下，提高系统的抗干扰能力是关键技术之一。可以采用信号处理算法、天线技术和电磁屏蔽等手段来降低干扰影响。
谢谢您的观看
THANKS
应用实例
在军事领域，基于机载平台的干涉仪测向技术可用于定位敌方通信和雷达设施，提高打击精度。在民用领域，可用于气象观测、地质勘查、森林防火等领域，提高相关工作的效率和准确性。
技术发展趋势
相位干涉仪测向模糊与误差统计分析
Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｓａｔｅｌｌｉｔｅ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｆｉｎｄｉｎｇ；ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ； ａｍｂｉｇｕｉｔｙ
０ 引 言
由于卫 星平 台 限制 和 噪声 影 响 ，测 向 系统 存 在 相 位 差模 糊 、测 向模糊 （多个 方 向无 法 唯 一 选择 ）和 错 误 解模 糊 （错 误 选 择 了 一个 方 向 ）问 题 ¨ 。干 涉 仪测相位差测 向体制普遍应 用于低 轨无源测 向系 统 ，是 一种 重 要 的 测 向体 制 。 当前 关 于 相 位 差 干 涉 仪解模糊 的研究主要集 中于解 由于逆三角函数多解 性 导 致 的 长 基 线 干 涉 仪 测 向 模 糊 问题 。例 如 ，文 献 介 绍 了 长 短 基 线 法 和 有 模 糊 的 分 数 阶基 线 比 解 模 糊 法 ，文 献 介 绍 了 虚 拟 基 线 解 模 糊 法 ，文 献 提出了立体基线法 ，文献 提 出一种正交长基 线 匹配解 测 向模 糊 的 方 法 ，并 建 立 了该 方 法 正 确 解
收稿 日期 ：２０１７—１２－２５ 修订 日期 ：２０１８－０２４）１ 基金项 目：国家 自然科 学基金 （６１４７１３０９）
２０１８年第 １期
陆安 南等 ：相位干涉仪测 向模糊 与误差 统计 分析
４３
一 甚 【）瓣 暮
５ 对 应 真实 ４ ３ ２ 辐射Ｏ源 位 置 ，否 则 存 在该 显著 性 水 平 下 无
Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｍ ｂｉｇｕｉｔｙ ａｎｄ Ｅｒｒｏｒ ｆｏｒ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｆｉｎｄｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｈａｓｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ ｅｔｅｒ
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相位干涉仪测向
07083115 07083119
一、 题目要求
使用Simulink模拟构建一个相位测向系统, 构造两个有时延的到来信号，对其进行捕获，
分别在时域和频域上对接收的信号进行方向估计，并评估侧向效果。
二、 实验方案及公式推导
A. 公式推导
图 1
信号为0()cos(2)stEft,则如图 1所示天线长为d,信号方向与参考方向夹角为
设2点的接收信号为20()()cos(2)rtstEft (1)
则1点的接收信号为102sin()()cos(2)drtstEft (2)
其中0cf为信号波长
①时域测向
将12(),()rtrt改写为复数形式得 022()jftrtEe (3)
0
21()jftrtEe
(4)
其中2sind
对(3)式取共轭得, 02*2()jftrtEe (5)
(4)式与(5)式相乘得, *212()()jrtrtEe (6)
对(6)式求相角,乘以2d得, sin2d (7)
取反正弦,乘以0180,求出
②频域测向
将(3)、(4)作FFT得, 20()()RwEff (8)
10
()()jRwEffe
(9)
由公式 ()arctan()IQRkRk
求出 2121()()arctanarctan()()IIQQRkRkRkRk (10)
同① ,可求出
B.方案论述
一、伯努利二进制码流经BPSK产生2()rt
二、产生12()()jrtrte
三、①时域法:*12()()rtrt取出
②频域法：对12(),()rtrt作FFT,求出相位差
四、根据的值对应求出
三、Simulink框图说明及参数设计:
依据方案的设计,建立Simulink仿真模型
A.框图模块说明:
相乘器 相加器
二进制数据流 高斯白噪声信道
实现快速傅立叶变换 实现运算功能
求信号实部虚部 由实部虚部合成信号
Buffer缓存 求信号相角 作arctan运算
B. 模型框图:
图 2
其中Subsystem如图 3
图 3
Subsystem1如图 4
图 4
四、仿真数据处理，图表及得出相关结论
参数设计:
Bernoulli模块参数
图 5
由于2sind得,2d, 由8803103110cmf,可取1dm 则
Subsystem1 Gain的参数2/1.5dpi 同理Gain1，Gain4的参数为1.5/2pid
图 6 图 7
假设0160 0245
实验结果:
图 8 图 9
由图得时域测向结果 0159.85 0244.91
测向误差00106059.850.25%60 00204544.910.2%45
由图得频域测向结果 0159.26 0244.59
测向误差00106059.261.233%60 00104544.590.911%45
五、实验总结
通过本次实验我们得出，在接收到的两个信号波的到达相对距离（天线长）小于信号波长一
半的情况下，即无相位模糊时，利用相位干涉法可分别通过时域和频率域对到来信号进行方
向估计，其结果能够反映实际情况。