基于剩余定理的數(shù)字干涉儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

羅冰+劉和周+羅進(jìn)川

摘 要： 通過介紹一套外場應(yīng)用條件下基于剩余定理的多基線數(shù)字干涉儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真、實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，說明剩余定理應(yīng)用于干涉儀設(shè)計(jì)具有較為嚴(yán)密的邏輯性和準(zhǔn)確性。將數(shù)字接收技術(shù)引入干涉儀系統(tǒng)合理可行，并且保證了較高性能，符合電子對抗發(fā)展趨勢，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法更具借鑒意義。該干涉儀采用超寬帶數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)，數(shù)字中頻帶寬達(dá)到400 MHz，已應(yīng)用于某單站定位試驗(yàn)系統(tǒng)，效果良好。

關(guān)鍵詞： 剩余定理； 數(shù)字干涉儀； 解模糊； 測向精度

中圖分類號： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）15?0023?05

Design and implementation of digital interferometer based on remainder theorem

LUO Bing， LIU He?zhou， LUO Jin?chuan

（East China Research Institute of Electronic Engineering， CETC， Hefei 230031， China）

Abstract： The system design， simulation， implementation and experiment conclusion of a multiple baseline digital interfero?meter which is under the condition of outside application are introduced to illustrate that the remainder theorem has a relatively rigid logic and accuracy for the application in interferometer design. To introduce the digital receiving technology into interfero?meter system to ensure the high performance is rational and feasible， and is in line with the development trend of electronic countermeasures， which makes the system design method is more significance. The ultra wideband digital technology is adopted to implement the interferometer with digital IF bandwidth of 400 MHz. It has been applied to a single station positioning experiment system， and its application effect is good.

Keywords： remainder theorem； digital interferometer； ambiguity resolution； direction?finding accuracy

0 引 言

測向（DF）系統(tǒng)在現(xiàn)代EW系統(tǒng)中主要完成輻射源到達(dá)方位（AOA）測量。在輔助分選捷變頻雷達(dá)信號、區(qū)分位置靠近的通信輻射源時(shí)，AOA是一個(gè)不容易瞬變的分選參數(shù)，地位和作用度非常突出。常見的DF系統(tǒng)從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上分，主要有比幅、比相（干涉儀）、時(shí)差、多普勒等幾類。綜合體積、重量、測向精度、檢測能力要求、技術(shù)成熟度、適應(yīng)面等諸多因素，干涉儀是一種值得推廣的測向系統(tǒng)。

干涉儀DF精度由最長基線對決定，同時(shí)受到相位差的量化誤差、器件一致性不好引起的相位偏差、不完全的頻率校正、接收機(jī)熱相位噪聲等因素的限制。傳統(tǒng)的干涉儀采用模擬方式實(shí)現(xiàn)，也就是相位檢測主要在模擬通道部分完成，僅就相關(guān)接收機(jī)部分帶來的不一致性誤差就可能達(dá)到9°左右[1]。這會(huì)對高精度干涉儀的設(shè)計(jì)在體積、重量、精度、方位頻率覆蓋范圍方面的平衡帶來較大的挑戰(zhàn)。

隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子系統(tǒng)的數(shù)字化已是大勢所趨。為盡量避免模擬通道的弱點(diǎn)，接收通道目前的實(shí)現(xiàn)趨勢是將數(shù)字部分盡量前移，以致在較高的頻率和較大的帶寬上替代傳統(tǒng)的模擬變頻器，這就是數(shù)字（或軟件）收發(fā)技術(shù)。通道采用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)帶來的一個(gè)便利就是可以較為精確的測量、控制和補(bǔ)償模擬通道帶來的許多不平衡誤差，而且每個(gè)通道均可以成為獨(dú)立有效的多用途通道，因?yàn)樾盘栐跀?shù)字部分實(shí)行分流不會(huì)對信號保真度產(chǎn)生影響。干涉儀采用數(shù)字接收技術(shù)實(shí)現(xiàn)無疑會(huì)大大提高通道的相位檢測精度及補(bǔ)償能力，極大地緩解剩余相位誤差對干涉儀系統(tǒng)體積、重量、精度方面的限制，為高精度干涉儀小型化奠定基礎(chǔ)。

為此，特介紹一個(gè)數(shù)字多基線干涉儀設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以及實(shí)際使用效果。

1 多基線干涉儀原理與設(shè)計(jì)

眾所周知，干涉儀是基于相位的處理系統(tǒng)，存在一個(gè)頻率、方位、基線長度變化條件下的相位與方位關(guān)聯(lián)引起的360°模糊周問題并引起測向錯(cuò)誤，需要采用多基線來解相位模糊，從而準(zhǔn)確和最大限度地保障測向精度。

解模糊的基本技術(shù)手段主要有：整數(shù)倍多基線法、虛擬基線法、剩余定理等，擴(kuò)展的方法則有立體基線，多體制輔助等[2-3]。其中剩余定理法算法支撐度稍高，設(shè)計(jì)技巧依存度就低，容易快速進(jìn)入干涉儀原理設(shè)計(jì)階段[4]。

如圖1所示，干涉儀基線分別為[Dn（n=1，2，…，N），]波長為[λ]的信號對應(yīng)基線[Dn]的最大不模糊視角為[arcsin（λ（2Dn））]，基線[Dn]對應(yīng)的解模糊相位差為：

[?n=2πDnsinθλ（mod2π）] （1）

圖1 多基線干涉儀天線陣示意圖

引入基線對應(yīng)模糊數(shù)[ki，]則存在模糊的方位角表達(dá)式為：

[sinθ=knλDn+?nλ（2πDn）] （2）

當(dāng)求解出模糊數(shù)[ki，]則[θ]就存在惟一正確的解，并可以用剩余定理求出。

實(shí)際情況在于存在噪聲和誤差，無法滿足整數(shù)剩余條件，不妨引入：

[φn=?n+2πkn， n=1，2，…，N] （3）

假如[φ1∶φ2∶ … ∶φn=P1∶P2∶ … ∶Pn，P1，P2，…，Pn]為互質(zhì)整數(shù)，則可求出理想解；噪擾條件下，可以求出一組比值為[k1∶k2∶…∶kn]的整數(shù)，與[P1∶P2∶…∶Pn]最接近，從而求出方位角[θ。]求解基本原理如下：

對于第[n]和第[m]個(gè)干涉儀有[（n，m=1，2，…，N）：]

[Lmn=Pm（?n+2πkn）Lnm=Pn（?m+2πkm）] （4）

無噪擾條件下，任意[m，n]都有[Lmn=Lnm]成立。噪擾條件下，使得[Lmn-Lnm2]最小的[k1，k2，…，kn]則是正確解。解模糊的公式是：

[k1，k2，…，kN=argmink1，k2，…，kNn=2Nm=1n-1Lmn-Lnm2] （5）

通過搜索法得出方位角的最小二乘估計(jì)：

[θ=arcsinn=1N2πDnφnλn=1N2πDnλ2] （6）

引入相位干涉儀噪擾因子[vn，]角度估計(jì)誤差則為：

[δθ=θ-θ=n=1N2πDnvnλcos θn=1N2πDnλ2] （7）

如果[vn]為獨(dú)立同分布的，且方差為[σ2v，]則角度估計(jì)方差為：

[Var（θ）=E（θ-θ）2=σ2vn=1N2πDnλ2?cos2θ] （8）

如果相位差噪聲[vn]的限制為[[-q，q]，]為便于分析，進(jìn)一步假設(shè)是一個(gè)0均值高斯過程且方差為[σv，]則正確解模糊的基本要求為：

[q

式中：[ξ]為概率調(diào)節(jié)常系數(shù)，取3可以得到較高的解模糊概率（99%以上）。如果希望正確率更高，可以取更大值，設(shè)計(jì)實(shí)踐中需要均衡考慮。

噪擾條件下，[N]基線干涉儀測向的最大不模糊方位角需要[sinθ]的絕對數(shù)值控制范圍為：

[qλDnPn，4q?i=1NPi-q?λDnPn] （10）

綜上所述，擁有一套較為完整的多基線干涉儀設(shè)計(jì)控制手段。

為此，不妨設(shè)計(jì)一個(gè)三基線干涉儀。條件如下：頻率覆蓋2～8 GHz，測向精度1°（rms），方位覆蓋大于60°，最短基線不能小于200 mm，假設(shè)噪聲最大擾動(dòng)10°，解模糊概率優(yōu)于90%。

據(jù)上條件，定基線為（0.67∶0.5∶0.29）=（3∶4∶7）。

參考式（9），驗(yàn)證本設(shè)計(jì)可以滿足解模糊條件，如果噪聲擾動(dòng)規(guī)律符合正態(tài)分布律，將獲得超過90%解模糊概率。

參考式（7），基線確定的干涉儀最低精度和最高精度分別由最低頻率和最高頻率決定，選2 GHz和8 GHz代入公式得出兩個(gè)頻率點(diǎn)的最大測向誤差（偏離法向30°處）分別為0.5°和0.1°，滿足設(shè)計(jì)要求。

參考式（10），認(rèn)為最高頻率模糊周最大，通過核算發(fā)現(xiàn)在8 GHz條件下，相應(yīng)的數(shù)字范圍可以涵蓋[sinθ]的值域。

進(jìn)一步通過頻率方位仿真驗(yàn)證以上結(jié)論，仿真圖如圖2，圖3所示。

從仿真圖可以看出干涉儀基線設(shè)計(jì)滿足要求，并且呈現(xiàn)與理論分析相關(guān)聯(lián)的特性：測向精度基本與相位擾動(dòng)成反比，關(guān)系呈線性；解模糊能力也與相位擾動(dòng)成反比例關(guān)系，但當(dāng)相位擾動(dòng)小于一定數(shù)值時(shí)，性能將呈現(xiàn)一個(gè)階躍性提高，比如：相位擾動(dòng)小于5°， 一定的設(shè)計(jì)條件下，解模糊性也會(huì)出現(xiàn)跳躍性的惡化，比如：本設(shè)計(jì)中相位擾動(dòng)超過15°。

相關(guān)文獻(xiàn)指出，相位擾動(dòng)與系統(tǒng)的信噪比對應(yīng)，一般說來滿足SNR優(yōu)于20 dB以上，系統(tǒng)精度和解模糊性能不容易惡化，仿真支持這個(gè)判斷。

2 數(shù)字干涉儀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡介

偵察系統(tǒng)擁有較高的精度和靈敏度在信息收集上往往處于有利地位。對于電子戰(zhàn)偵察系統(tǒng)，則需要覆蓋更多頻段和大瞬時(shí)帶寬，這就需要在高靈敏度和寬覆蓋上折衷。為此往往引入超外差接收和信道化技術(shù)，數(shù)字接收機(jī)技術(shù)則是面向未來的電子戰(zhàn)接收機(jī)[5]。

本系統(tǒng)天線采用平面螺旋天線，工作頻段2～8 GHz；通道則采用超外差技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻段覆蓋，采用數(shù)字中頻率接收和數(shù)字信道化技術(shù)達(dá)到兼顧寬瞬時(shí)帶寬和提高靈敏度、分流多信號的目的。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖4所示。

測向系統(tǒng)幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)簡要介紹如下：

天線陣由幾個(gè)平面螺旋單元組成，平面螺旋天線是成熟技術(shù)，一般覆蓋2～18 GHz，本系統(tǒng)根據(jù)要求定向開發(fā)2～8 GHz頻段設(shè)計(jì)應(yīng)用；射頻（RF）通道分前端和變頻兩大部分組成，前端包括低噪聲放大、開關(guān)選通、AGC等功能子構(gòu)成，變頻部分采用外差式接收技術(shù)實(shí)現(xiàn)便于頻段擴(kuò)展，射頻通道的設(shè)計(jì)也具備2～18 GHz的頻段擴(kuò)展能力，輸出中頻（IF）根據(jù)ADC的能力選定為900 MHz。

系統(tǒng)采用“全數(shù)字”方式實(shí)現(xiàn)，中頻（IF）帶寬400 MHz，可以覆蓋一部常規(guī)監(jiān)視雷達(dá)工作帶寬，具備較快的反應(yīng)速度； IF選900 MHz，帶寬400 MHz對ADC是個(gè)較大挑戰(zhàn)，采樣頻率選1.2 GHz可以滿足帶通采樣律和數(shù)字下變頻（DDC）需求。

數(shù)字下變頻（DDC）往往輸出兩路正交信號（I/Q），是零中頻處理的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式，也是基帶信號正交復(fù)處理的前提，在雷達(dá)通信領(lǐng)域廣泛應(yīng)用而成為通用技術(shù)。DDC常見實(shí)現(xiàn)方式主要有Hilbert數(shù)字正交變換、多相濾波正交變換、數(shù)字混頻正交變換，由于實(shí)現(xiàn)原理上更加簡潔明了，目前基本上采用數(shù)字混頻正交變換實(shí)現(xiàn)，主流FPGA、DSP廠商均有標(biāo)準(zhǔn)模塊調(diào)用。DDC的使用保留了模擬正交零中頻處理的優(yōu)點(diǎn)，避免了模擬電路在穩(wěn)定性、對稱性上的不足，特別是對于干涉儀這類對相位特性有較高要求的系統(tǒng)更有突出優(yōu)勢，不足之處在于對ADC和DDC的帶寬和速度提出了較高的要求。

圖4 干涉儀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理框圖

信道化技術(shù)是電子戰(zhàn)應(yīng)用中比較常用的技術(shù)，可以兼顧偵收系統(tǒng)截獲帶寬和靈敏度要求，同時(shí)在一定程度上規(guī)避多信號偵收處理上的難度。信道化帶寬的確定則由常規(guī)偵察處理參數(shù)測量要求確定，經(jīng)驗(yàn)值在20 MHz左右比較合理。典型的數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)如圖5所示[6]。

圖5 數(shù)字信道化信號流程框圖

信道化信號流程圖中[M]代表中頻帶寬內(nèi)所分的信道化數(shù)目，加窗濾波是為優(yōu)化子信道頻率幅度響應(yīng)和滿足合理的帶外抑制要求，加窗濾波實(shí)現(xiàn)的級數(shù)越多，則帶外抑制和頻率特性有可能做得更加理想，但級數(shù)過多將會(huì)消耗太多硬件資源，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將會(huì)顯得困難。根據(jù)IF實(shí)采數(shù)據(jù)帶寬600 MHz，進(jìn)行32信道化，則單信道帶寬為18.75 MHz；采用4級加窗濾波，帶外抑制可以達(dá)到52 dB以上，信道化濾波特性如圖6所示。

3 外場實(shí)驗(yàn)結(jié)論

針對以上原理設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，進(jìn)行了全外場測向與定位實(shí)驗(yàn)，測向統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示。

選-30°～+30°每10°為間隔共7個(gè)方位進(jìn)行抽樣測向?qū)嶒?yàn)，保證SNR≥15 dB，每個(gè)方位進(jìn)行全信道頻點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，測試結(jié)果得出如下結(jié)論：

測向精度：≤0.7°（RMS）；測向模糊：≤6%（解模糊概率≥94%）。

圖6 四階濾波32信道的輸出頻響曲線（及其局部放大）

4 結(jié) 語

通過設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，可看出干涉儀是一種幾何結(jié)構(gòu)比較緊湊的高精度測向定位體制，剩余定理能夠解決干涉儀解模糊問題，其理論界定比較清晰合理，準(zhǔn)確程度比較好。

采用全數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式不但避免了在模擬通道進(jìn)行相位檢測帶來的原始誤差，而且最大程度上降低模擬電路帶來的不穩(wěn)定性、不對稱性。系統(tǒng)對相位的檢測精度基本上只受到數(shù)字處理位數(shù)和SNR比限制。數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式可以輕易地進(jìn)行數(shù)據(jù)分流，將測向和參數(shù)測量同時(shí)進(jìn)行和綜合，而無任何處理損失，也無須單獨(dú)建立參數(shù)測量支路，既降低了系統(tǒng)復(fù)雜度也保證了處理增益。文獻(xiàn)[1]中談到的相位檢測誤差在全數(shù)字系統(tǒng)中將會(huì)降低至少幾分貝，理想情況是接近無誤差。

干涉儀精度和解模糊方面，從理論設(shè)計(jì)、仿真、實(shí)驗(yàn)均存在一定差距。從其理論分析可以看出，相關(guān)公式仍然存在不少的設(shè)計(jì)前提限制，某種意義上仍然是設(shè)計(jì)范圍的一種界定和解決途徑，這與干涉儀設(shè)計(jì)本身是一個(gè)優(yōu)化問題有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論與仿真結(jié)論也有一定誤差，SNR優(yōu)于15 dB條件下，仿真測向精度優(yōu)于0.4°，解模糊概率接近99%左右；實(shí)際水平測向精度只能達(dá)到優(yōu)于0.7°，解模糊概率≥94%，均存在一定的損失。

實(shí)驗(yàn)存在的損失可以從如下幾個(gè)方面解釋：系統(tǒng)幾何標(biāo)校存在的誤差有0.1°，干涉儀基線標(biāo)定也存在一定的誤差，最后，外場環(huán)境很難排除干擾和反射，SNR也有損失，而且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的干擾。干擾和反射條件下的系統(tǒng)運(yùn)用是電子戰(zhàn)領(lǐng)域需要認(rèn)真面對的重要課題。

參考文獻(xiàn)

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數(shù)字下變頻（DDC）往往輸出兩路正交信號（I/Q），是零中頻處理的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式，也是基帶信號正交復(fù)處理的前提，在雷達(dá)通信領(lǐng)域廣泛應(yīng)用而成為通用技術(shù)。DDC常見實(shí)現(xiàn)方式主要有Hilbert數(shù)字正交變換、多相濾波正交變換、數(shù)字混頻正交變換，由于實(shí)現(xiàn)原理上更加簡潔明了，目前基本上采用數(shù)字混頻正交變換實(shí)現(xiàn)，主流FPGA、DSP廠商均有標(biāo)準(zhǔn)模塊調(diào)用。DDC的使用保留了模擬正交零中頻處理的優(yōu)點(diǎn)，避免了模擬電路在穩(wěn)定性、對稱性上的不足，特別是對于干涉儀這類對相位特性有較高要求的系統(tǒng)更有突出優(yōu)勢，不足之處在于對ADC和DDC的帶寬和速度提出了較高的要求。

圖4 干涉儀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理框圖

信道化技術(shù)是電子戰(zhàn)應(yīng)用中比較常用的技術(shù)，可以兼顧偵收系統(tǒng)截獲帶寬和靈敏度要求，同時(shí)在一定程度上規(guī)避多信號偵收處理上的難度。信道化帶寬的確定則由常規(guī)偵察處理參數(shù)測量要求確定，經(jīng)驗(yàn)值在20 MHz左右比較合理。典型的數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)如圖5所示[6]。

圖5 數(shù)字信道化信號流程框圖

信道化信號流程圖中[M]代表中頻帶寬內(nèi)所分的信道化數(shù)目，加窗濾波是為優(yōu)化子信道頻率幅度響應(yīng)和滿足合理的帶外抑制要求，加窗濾波實(shí)現(xiàn)的級數(shù)越多，則帶外抑制和頻率特性有可能做得更加理想，但級數(shù)過多將會(huì)消耗太多硬件資源，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將會(huì)顯得困難。根據(jù)IF實(shí)采數(shù)據(jù)帶寬600 MHz，進(jìn)行32信道化，則單信道帶寬為18.75 MHz；采用4級加窗濾波，帶外抑制可以達(dá)到52 dB以上，信道化濾波特性如圖6所示。

3 外場實(shí)驗(yàn)結(jié)論

針對以上原理設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，進(jìn)行了全外場測向與定位實(shí)驗(yàn)，測向統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示。

選-30°～+30°每10°為間隔共7個(gè)方位進(jìn)行抽樣測向?qū)嶒?yàn)，保證SNR≥15 dB，每個(gè)方位進(jìn)行全信道頻點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，測試結(jié)果得出如下結(jié)論：

測向精度：≤0.7°（RMS）；測向模糊：≤6%（解模糊概率≥94%）。

圖6 四階濾波32信道的輸出頻響曲線（及其局部放大）

4 結(jié) 語

通過設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，可看出干涉儀是一種幾何結(jié)構(gòu)比較緊湊的高精度測向定位體制，剩余定理能夠解決干涉儀解模糊問題，其理論界定比較清晰合理，準(zhǔn)確程度比較好。

采用全數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式不但避免了在模擬通道進(jìn)行相位檢測帶來的原始誤差，而且最大程度上降低模擬電路帶來的不穩(wěn)定性、不對稱性。系統(tǒng)對相位的檢測精度基本上只受到數(shù)字處理位數(shù)和SNR比限制。數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式可以輕易地進(jìn)行數(shù)據(jù)分流，將測向和參數(shù)測量同時(shí)進(jìn)行和綜合，而無任何處理損失，也無須單獨(dú)建立參數(shù)測量支路，既降低了系統(tǒng)復(fù)雜度也保證了處理增益。文獻(xiàn)[1]中談到的相位檢測誤差在全數(shù)字系統(tǒng)中將會(huì)降低至少幾分貝，理想情況是接近無誤差。

干涉儀精度和解模糊方面，從理論設(shè)計(jì)、仿真、實(shí)驗(yàn)均存在一定差距。從其理論分析可以看出，相關(guān)公式仍然存在不少的設(shè)計(jì)前提限制，某種意義上仍然是設(shè)計(jì)范圍的一種界定和解決途徑，這與干涉儀設(shè)計(jì)本身是一個(gè)優(yōu)化問題有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論與仿真結(jié)論也有一定誤差，SNR優(yōu)于15 dB條件下，仿真測向精度優(yōu)于0.4°，解模糊概率接近99%左右；實(shí)際水平測向精度只能達(dá)到優(yōu)于0.7°，解模糊概率≥94%，均存在一定的損失。

實(shí)驗(yàn)存在的損失可以從如下幾個(gè)方面解釋：系統(tǒng)幾何標(biāo)校存在的誤差有0.1°，干涉儀基線標(biāo)定也存在一定的誤差，最后，外場環(huán)境很難排除干擾和反射，SNR也有損失，而且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的干擾。干擾和反射條件下的系統(tǒng)運(yùn)用是電子戰(zhàn)領(lǐng)域需要認(rèn)真面對的重要課題。

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數(shù)字下變頻（DDC）往往輸出兩路正交信號（I/Q），是零中頻處理的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式，也是基帶信號正交復(fù)處理的前提，在雷達(dá)通信領(lǐng)域廣泛應(yīng)用而成為通用技術(shù)。DDC常見實(shí)現(xiàn)方式主要有Hilbert數(shù)字正交變換、多相濾波正交變換、數(shù)字混頻正交變換，由于實(shí)現(xiàn)原理上更加簡潔明了，目前基本上采用數(shù)字混頻正交變換實(shí)現(xiàn)，主流FPGA、DSP廠商均有標(biāo)準(zhǔn)模塊調(diào)用。DDC的使用保留了模擬正交零中頻處理的優(yōu)點(diǎn)，避免了模擬電路在穩(wěn)定性、對稱性上的不足，特別是對于干涉儀這類對相位特性有較高要求的系統(tǒng)更有突出優(yōu)勢，不足之處在于對ADC和DDC的帶寬和速度提出了較高的要求。

圖4 干涉儀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理框圖

信道化技術(shù)是電子戰(zhàn)應(yīng)用中比較常用的技術(shù)，可以兼顧偵收系統(tǒng)截獲帶寬和靈敏度要求，同時(shí)在一定程度上規(guī)避多信號偵收處理上的難度。信道化帶寬的確定則由常規(guī)偵察處理參數(shù)測量要求確定，經(jīng)驗(yàn)值在20 MHz左右比較合理。典型的數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)如圖5所示[6]。

圖5 數(shù)字信道化信號流程框圖

信道化信號流程圖中[M]代表中頻帶寬內(nèi)所分的信道化數(shù)目，加窗濾波是為優(yōu)化子信道頻率幅度響應(yīng)和滿足合理的帶外抑制要求，加窗濾波實(shí)現(xiàn)的級數(shù)越多，則帶外抑制和頻率特性有可能做得更加理想，但級數(shù)過多將會(huì)消耗太多硬件資源，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將會(huì)顯得困難。根據(jù)IF實(shí)采數(shù)據(jù)帶寬600 MHz，進(jìn)行32信道化，則單信道帶寬為18.75 MHz；采用4級加窗濾波，帶外抑制可以達(dá)到52 dB以上，信道化濾波特性如圖6所示。

3 外場實(shí)驗(yàn)結(jié)論

針對以上原理設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，進(jìn)行了全外場測向與定位實(shí)驗(yàn)，測向統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示。

選-30°～+30°每10°為間隔共7個(gè)方位進(jìn)行抽樣測向?qū)嶒?yàn)，保證SNR≥15 dB，每個(gè)方位進(jìn)行全信道頻點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，測試結(jié)果得出如下結(jié)論：

測向精度：≤0.7°（RMS）；測向模糊：≤6%（解模糊概率≥94%）。

圖6 四階濾波32信道的輸出頻響曲線（及其局部放大）

4 結(jié) 語

通過設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，可看出干涉儀是一種幾何結(jié)構(gòu)比較緊湊的高精度測向定位體制，剩余定理能夠解決干涉儀解模糊問題，其理論界定比較清晰合理，準(zhǔn)確程度比較好。

采用全數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式不但避免了在模擬通道進(jìn)行相位檢測帶來的原始誤差，而且最大程度上降低模擬電路帶來的不穩(wěn)定性、不對稱性。系統(tǒng)對相位的檢測精度基本上只受到數(shù)字處理位數(shù)和SNR比限制。數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式可以輕易地進(jìn)行數(shù)據(jù)分流，將測向和參數(shù)測量同時(shí)進(jìn)行和綜合，而無任何處理損失，也無須單獨(dú)建立參數(shù)測量支路，既降低了系統(tǒng)復(fù)雜度也保證了處理增益。文獻(xiàn)[1]中談到的相位檢測誤差在全數(shù)字系統(tǒng)中將會(huì)降低至少幾分貝，理想情況是接近無誤差。

干涉儀精度和解模糊方面，從理論設(shè)計(jì)、仿真、實(shí)驗(yàn)均存在一定差距。從其理論分析可以看出，相關(guān)公式仍然存在不少的設(shè)計(jì)前提限制，某種意義上仍然是設(shè)計(jì)范圍的一種界定和解決途徑，這與干涉儀設(shè)計(jì)本身是一個(gè)優(yōu)化問題有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論與仿真結(jié)論也有一定誤差，SNR優(yōu)于15 dB條件下，仿真測向精度優(yōu)于0.4°，解模糊概率接近99%左右；實(shí)際水平測向精度只能達(dá)到優(yōu)于0.7°，解模糊概率≥94%，均存在一定的損失。

實(shí)驗(yàn)存在的損失可以從如下幾個(gè)方面解釋：系統(tǒng)幾何標(biāo)校存在的誤差有0.1°，干涉儀基線標(biāo)定也存在一定的誤差，最后，外場環(huán)境很難排除干擾和反射，SNR也有損失，而且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的干擾。干擾和反射條件下的系統(tǒng)運(yùn)用是電子戰(zhàn)領(lǐng)域需要認(rèn)真面對的重要課題。

參考文獻(xiàn)

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