機載干涉儀陣列地面靜態(tài)標(biāo)校系統(tǒng)研究

章宏權(quán),黃劼

（四川大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院,四川 成都 610065）

機載干涉儀陣列地面靜態(tài)標(biāo)校系統(tǒng)研究

章宏權(quán),黃劼

（四川大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院,四川 成都 610065）

摘 要：機載干涉儀陣列的標(biāo)校工作是保證其測向精度的重要環(huán)節(jié)，標(biāo)校時需要將干涉儀陣列測得的信號源方位角和俯仰角與準(zhǔn)確值進行比對，并計算測向誤差進而加以校準(zhǔn)。針對目前機載干涉儀陣列標(biāo)校所存在的一些問題,本文研究了基于電子全站儀作為坐標(biāo)真值獲取手段的地面靜態(tài)標(biāo)校方法。具體介紹了標(biāo)校系統(tǒng)原理、標(biāo)校流程以及數(shù)學(xué)計算模型，試驗表明該標(biāo)校方案可行，數(shù)據(jù)處理快速可靠，滿足實際應(yīng)用的技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：機載干涉儀陣列；地面靜態(tài)標(biāo)校；電子全站儀；計算模型

0　引言

隨著航空電子偵察技術(shù)的發(fā)展，機載干涉儀陣列測向系統(tǒng)由于覆蓋范圍大、機動靈活和能夠單機對信號源進行無源定位等優(yōu)點，越來越受到關(guān)注[1]。目前對于機載干涉儀陣列測向系統(tǒng)的研究很廣泛，但主要集中于陣列設(shè)計、測向算法及誤差分析，對于標(biāo)校問題涉及較少[1-5]。機載干涉儀陣列的測向誤差與陣列設(shè)計、測向算法、陣列安裝、機載平臺的電磁環(huán)境等諸多因素有關(guān)，如飛機金屬蒙皮對測向天線幅相特性的影響、載機內(nèi)部電磁兼容問題、信號傳輸過程中的多徑效應(yīng)、相位模糊以及載機姿態(tài)等[5]。

為了提高機載干涉儀測向系統(tǒng)精度，不僅需要從陣列的設(shè)計、測向算法、安裝精度、載機電磁干擾等環(huán)節(jié)予以改進，標(biāo)校也是一項重要而有效的技術(shù)手段。機載干涉儀陣列的標(biāo)校一般分為靜態(tài)標(biāo)校和動態(tài)標(biāo)校，動態(tài)標(biāo)校法是在實際飛行中對指定頻率和位置的信號源進行測試，與實際運行狀態(tài)最為相近，能最大限度消除系統(tǒng)誤差，缺點是標(biāo)校數(shù)據(jù)重復(fù)性差且實施成本高，載機機動對標(biāo)校精度也有影響；靜態(tài)標(biāo)校法具有精度高、數(shù)據(jù)重復(fù)性好、成本低的特點，且避免了載機機動的影響[6]。

目前對于機載干涉儀陣列的標(biāo)校而言，主要是依靠人工手動完成，這種傳統(tǒng)標(biāo)校方法的缺點是對測量人員專業(yè)要求高、容易出錯、標(biāo)校精度低且操作復(fù)雜低效，本文研究一種基于電子全站儀的機載干涉儀陣列地面靜態(tài)標(biāo)校方法，該方法通過標(biāo)?？刂破骺刂齐娮尤緝x進行測量,充分發(fā)揮了電子全站儀高效、高精度的優(yōu)勢，相對傳統(tǒng)標(biāo)校方法而言，該標(biāo)校方法操作簡便、精度高、數(shù)據(jù)重復(fù)性好。

1　地面靜態(tài)標(biāo)校方法介紹

1.1標(biāo)校的基本原理

陣列坐標(biāo)系、載機坐標(biāo)系、導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系可由下式給出：

干涉儀陣列上的兩個固定點是建立陣列坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點，以這兩固定點的連線為x軸，連線的中垂線為y軸依照右手定則構(gòu)成干涉儀陣列坐標(biāo)系，其中x軸正向指向機頭。標(biāo)校系統(tǒng)對信號源的直接測量結(jié)果是基于干涉儀陣列坐標(biāo)系，利用矩陣可以將該測量結(jié)果進一步變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系之中，機載干涉儀測向系統(tǒng)給出的測向結(jié)果也是基于導(dǎo)航坐標(biāo)系，因此在同一坐標(biāo)系下可以將干涉儀陣列的測量結(jié)果同標(biāo)校真值進行比對。

標(biāo)校系統(tǒng)主要由標(biāo)校控制器、電子全站儀、信號源小車三部分組成，標(biāo)校系統(tǒng)平面示意圖如圖1所示。固定點A和B分別為干涉儀陣列上的靠近機頭和機尾的兩個固定點，信號源與飛機的距離為100米左右，弧線上的圓圈代表測試點。1.3 標(biāo)校流程

圖1　標(biāo)校系統(tǒng)示意圖Fig.1 Diagram of Calibration System

系統(tǒng)標(biāo)校流程如圖2所示。在外場安裝好相關(guān)設(shè)備之后，首先在標(biāo)?？刂破魃蠈θ緝x參數(shù)（大氣壓、儀高、氣溫、棱鏡常數(shù)等）進行初始化[7]；然后選定標(biāo)校方案，標(biāo)校方案主要包括變點定頻、定點變頻以及隨機測量三種；隨后測量載機外部兩點的坐標(biāo)來建立陣列坐標(biāo)系，對于首次標(biāo)校的機型，還需要測量陣列上兩個固定點的坐標(biāo)；接著在標(biāo)?？刂破鞯囊龑?dǎo)下，信號源小車移動到標(biāo)校方案中指定的位置點，到位之后發(fā)出指定頻率的脈沖信號，等待干涉儀陣列測向完畢，然后繼續(xù)下一頻點的測量，操作步驟相同，直到標(biāo)校方案執(zhí)行完畢；最后將標(biāo)校真值轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航坐標(biāo)系中，同干涉儀陣列的測量結(jié)果進行比對，進而獲得各個頻點的測向誤差來校準(zhǔn)干涉儀陣列。

圖2　標(biāo)校流程圖Fig.2 Calibration flow chart

2　標(biāo)校真值的數(shù)學(xué)模型

2.1計算標(biāo)校真值

圖3　干涉儀陣列坐標(biāo)系Fig.3 Interferometer array coordinate system

圖4　坐標(biāo)反推示意圖Fig.4 Diagram of reverse calculate Coordinate

2.2數(shù)據(jù)處理

3　總結(jié)

研究了一種基于電子全站儀的機載干涉儀陣列的地面靜態(tài)標(biāo)校系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)備安裝便捷、操作簡單，充分發(fā)揮了電子全站儀的高效、高精度優(yōu)勢，并且采用的地面靜態(tài)標(biāo)校方法具有精度高、數(shù)據(jù)重復(fù)性好、成本低的特點。對某型機載干涉儀陣列的現(xiàn)場測試證明，該系統(tǒng)完全可以用于機載干涉儀陣列方位角和俯仰角的標(biāo)校。對于其他載有干涉儀陣列的測向設(shè)備，也可以參考該方法進行標(biāo)校。

參考文獻：

[1]胡知飛, 盛驥松.基于機載平臺的干涉儀側(cè)向技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù), 2013, 36(9): 43-46.Z F Hu, J S Sheng.Research on interferometer DF technique based on airborne platform[J].Modern Electronics Technique, 2013, 36(9): 43-46.

[2]楊忠.一種基于干涉儀體制的機載測向技術(shù)研究[J].無線電工程, 2010, 40(12): 58-60.Z Yang.Research on an Airborne DF Technique Based on Interferometer[J].Radio Engineering, 2010, 40(12): 58-60.

[3]李淳, 廖桂生, 李艷斌.改進的相關(guān)干涉儀測向處理方法[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2006, 33(3): 401-403.C Li, G S Liao, Y B Li.A DF method for the improved correlative interferometer[J].Journal Of Xidian University, 2006, 33(3): 401-403.

[4]李勇, 趙國偉, 李滔.一種機載單站相位干涉儀解模糊算法[J].傳感技術(shù)學(xué)報, 2006, 19(6): 2601-2606.Y Li, G W Zhao, T Li.Algorithm of solving interferometer phase difference ambiguity by airborne single position[J].Chinese Journal Of Sensors And Actuators, 2006, 19(6): 2601-2606.

[5]毛虎, 楊建波, 邱宏坤.機載二維干涉儀測向誤差分析[J].火力與指揮控制, 2011, 36(12): 67-71.H Mao, G W Zhao, T Li.Error analysis of direction finding for airborne two -dimension phase interferometer[J].Fire Control & Command Control, 2011, 36(12): 67-71.

[6]李宗武.一種新的機載雷達標(biāo)校方法[J].現(xiàn)代雷達, 2001, 2(23): 3-5.Z W Li.A new calibration method for airborne radar[J].Modern Radar, 2001,2(23): 3-5.

[7]郭麗霞, 張衛(wèi)庭.淺談Leica全站儀與計算機的數(shù)據(jù)傳輸和展點[J].鐵道勘察, 2010, 3(1): 12-13.L X Guo, W T Zhang.Discussion on data transmission and display point of Leica total station machine and computer [J].Railway Survey, 2010, 3(1): 12-13.

[8]呂品, 劉建業(yè), 張玲, 等.慣導(dǎo)系統(tǒng)中光纖陀螺誤差信號處理技術(shù)研究[J].新型工業(yè)化, 2011, 1(4): 45-51.P Lv, J Y Liu, L Zhang, et al.Research of error processing technical on fiber optic gyros in inertial navigation system[J].The Journal of New Industrialization, 2011, 1(4): 45-51.

[9]王強， 鐘丹星， 鄧新蒲, 等.一種對三維固定輻射源的機載單站無源定位方法[J].電子對抗技術(shù), 2005, 3(20): 18-21.Q Wang, D X Zhong, X P Deng, et al.A passive three-dimensional location algorithm for fixed emitters using a single airborne oserver[J].Electronic Information Warfare Technology, 2005, 3(20): 18-21.

[10]王晨晨, 胡祥濤.光電穩(wěn)定平臺指向誤差建模與分析[J].新型工業(yè)化, 2014, 4(2): 86-90.C C WANG, X T HU.The Modeling and Analysis of Opto-Electronic stabilized Platform Pointing accuracy[J].The Journal of New Industrialization, 2014, 4(2): 86-90.

Research on static ground Calibration System of Airborne interferometer array

ZHANG Hong-quan, HUANG Jie
(School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu, China, 610065)

Citation: ZHANG Hong-quan, HUANG Jie.Research on static ground Calibration System of Airborne interferometer array [J].The Journal of New Industrialization, 2015, 5(6): 59?64.

Abstract:The calibration of airborne interferometer array is an indispensable part to ensure the direction finding precision.When calibrating the interferometer, a comparison between the Measurements and accurate values is required, and a calibration based on the measurement errors is also needed.Considering the fact that there are still some unsolved problems in the calibration of airborne interferometer array, this paper analyzes the ground static calibration methods in the light of the electronic total station as the coordinate to obtain the true value.Specifically, this paper introduces the theories of calibration system, calibration processes and mathematical models.The tests prove that this calibration method is feasible and the data processing is fast and reliable, which can meet the technical requirements of practical application.

Key Words:airborne interferometer array, ground static calibration, electronic total station, calculation model

作者簡介:章宏權(quán),2013年獲得學(xué)士學(xué)位,現(xiàn)于四川大學(xué)讀碩士研究生,主要研究方向為智能儀器設(shè)計、標(biāo)校技術(shù)等。

本文引用格式：章宏權(quán),黃劼.機載干涉儀陣列地面靜態(tài)標(biāo)校系統(tǒng)研究[J].新型工業(yè)化，2015，5(6)：59-64 DOI：10.3969/j.issn.2095-6649.2015.06.10