相差變化率的無模糊多通道檢測及在單站無源定位中的應(yīng)用

摘 要：文章描述了相差變化率的多通道相差以及無模糊檢測方法，以及長基線測向解。在此基礎(chǔ)上，將基于相差變化率的定位測距方程轉(zhuǎn)化為短基線相差測向和無模糊程差差分的組合函數(shù)，一方面借助一維等距雙基陣所測得的相差值解算對應(yīng)于長基線的無模糊程差差分值，另一方面利用短基線相差測向儀給定目標(biāo)的方位值，由此給出了一種無需求解長基線相位模糊和波長整周數(shù)差值的單基站定位方法。

關(guān)鍵詞：單站無源定位；相差測量；相差變化率；相位模糊；測向；機(jī)載無源定位

1 引言

理論分析已經(jīng)表明，基于相差以及相差變化率的定位體制，和其他定位方式相比，相對而言是一種能夠利用較短基線就可實(shí)現(xiàn)較高定位精度的技術(shù)[1-6]。這是因?yàn)榕c時(shí)差定位體制不同，相差定位的誤差測量方程不僅與量值巨大的光速無關(guān)，而且還和波長成正比。故和至少需要采用十幾公里長基線的多站時(shí)差定位技術(shù)比較，多站相差定位能以幾公里或幾百米的相對比較短的基線長度實(shí)現(xiàn)無源定位[7]。

但目前基于相差測量的定位技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，除因?yàn)椴ㄩL整周數(shù)以及差值都是未知參量，解相差模糊存有數(shù)學(xué)處理上的困難之外，阻礙相差定位工程應(yīng)用的另一個(gè)難題是波長整周數(shù)差值的測量誤差對定位精度的影響問題。在現(xiàn)有的基于相差測量的無源定位分析中，都是將波長整周數(shù)看成常值，并認(rèn)為在經(jīng)過微分處理后，相差變化率就將與波長整周數(shù)無關(guān)，即相位差的差值是不模糊的。但分析表明，相差變化率不僅與相差的差分項(xiàng)相關(guān)，而且還與波長整周數(shù)差值的差分項(xiàng)相關(guān)，且在相差的差分項(xiàng)與波長整周數(shù)差值之間存有互為跳變現(xiàn)象[8，9]，現(xiàn)有的定位分析中僅是從解相位模糊需要的角度研究了波長整周數(shù)的計(jì)算問題，但并沒有真正的研究分析波長整周數(shù)的跳變對測距精度的影響問題[10-15]。

本文介紹了作者近幾年關(guān)于相差定位技術(shù)的若干研究結(jié)果。首先在由相頻函數(shù)關(guān)系導(dǎo)出基于多通道相差測量的相差變化率的基礎(chǔ)上[16]，研究了相差變化率的無相位模糊檢測方法[17]。通過將對應(yīng)于基線長度的時(shí)差項(xiàng)從相差變化率中剝離出來，提取得到了一個(gè)在單位長度上表征整周數(shù)和相差的差分特性的函數(shù)。隨后所做的模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，單位長度上的程差差分函數(shù)的變化是極有規(guī)律的，直接通過對實(shí)測獲得的相差差分值域的判別，就能確定相應(yīng)的校正數(shù)，由此得到了與整周數(shù)差分項(xiàng)無關(guān)、且與原程差差分函數(shù)等值的函數(shù)表示式。所揭示的方法表明，在未知波長整周數(shù)差值的情況下，僅基于相差測量值即可求得相差變化率。

基于這種創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)，就能進(jìn)一步將基于相差變化率所導(dǎo)出的測距式轉(zhuǎn)換成方向和相差變化率的函數(shù)，一方面直接采用測向技術(shù)確定公式中所包含的方位函數(shù)項(xiàng)；另一方面利用無模糊相差變化率測量方法確定與單位波長的相差變化率所相關(guān)的函數(shù)項(xiàng)，由此就能在避免對波長整周數(shù)差值檢測的情況下實(shí)現(xiàn)無模糊相差定位。

2 相差變化率的多通道無模糊檢測

2.1 相差定位方程

5 結(jié)語

分析表明，測向觀測可以忽略波長整周數(shù)差值的測量誤差的影響，而基于相差測量的定位方法不僅需要解模糊，而且還必須重視與解決波長整周數(shù)差值的測量誤差問題。實(shí)際分析表明波長整周數(shù)差值的測量誤差對測距精度的影響很大，這也就是在直接相差定位與間接相位干涉測向之間的一個(gè)區(qū)別所在[19，20]。

關(guān)于相差變化率的無模糊檢測研究結(jié)果無疑為與相位測量相關(guān)的工程實(shí)用化設(shè)計(jì)提供了一種很有力的技術(shù)支撐?；谙嘁婆c頻移間的函數(shù)關(guān)系所作的分析表明，無源定位中的諸多參量都和相差變化率的檢測相關(guān)的，一旦相差變化率可實(shí)現(xiàn)無相位模糊檢測，則這些和相差變化率直接相關(guān)的參量都能實(shí)現(xiàn)無模糊求解。并且，借助于程差差分的表示形式，還能更深刻的了解某些參量的物理意義[21]。

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