線陣干涉儀解模糊算法研究

田　冰

(西安電子科技大學 電子工程學院，陜西 西安 710071)

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線陣干涉儀解模糊算法研究

田冰

(西安電子科技大學 電子工程學院，陜西 西安 710071)

針對線陣干涉儀在測向過程中由于相位周期性模糊導致的測向模糊問題，比較了長短基線法和統(tǒng)計相位方差法的不同特點。在不同信噪比條件下及不同短基線間距條件下，對兩方法進行理論分析與仿真對比。結果表明，在低信噪比條件下統(tǒng)計相位方差法相對于長短基線法有較高的解模糊準確度和穩(wěn)定度，對信號的適應能力強。而短間距的改變對統(tǒng)計相位方差法的測量誤差影響大。

干涉儀；測向；解模糊；統(tǒng)計相位方差法

隨著電子戰(zhàn)[1]技術的不斷發(fā)展，軍事科技不斷進步，無源定位技術得到了飛速發(fā)展[2-4]，其中一種應用較廣泛的方法[2]是線陣干涉儀測向法，其具有測向精度高、靈敏度高、運行效率高和算法簡單等優(yōu)點[3]。線陣干涉儀測量過程中由于測量相位的周期性,會在計算相位角過程中產(chǎn)生整數(shù)倍周期模糊，這對測方位角有較大影響，故解模糊是干涉儀測向技術中的關鍵[4]。常用的解模糊算法很多，解模糊結果的準確度不僅和算法有關，也和環(huán)境器件等因素有關。本文重點仿真并討論了常用的解模糊算法，即長短基線法[5]和統(tǒng)計相位方差法[6]。并且在不同信噪比[7]和不同基線間距情況下對兩方法進行了對比。

1　長短基線法

長短基線法解模糊的核心思想就是通過短基線逐級求解上一級長基線的無模糊相位差。短基線可保證相位差無模糊，長基線能提高測量精度，以三路基線分析原理如圖1所示。

圖1　解模糊原理圖

(1)

2　統(tǒng)計相位方差法

該方法首先求得最長基線的所有信號點所對應的角度，然后求出每條基線所對應的相位差，接著將求出的相位差和原來基線測量的原始相位差進行對比，可得到誤差方差的最小點，這一點所對的相位差即為該基線無模糊相位差，其所對的相位即為真實相位。

(2)

(3)

(4)

找出ξ(i)(i=1,2,…,N)中的最小值，即為最小均方誤差，其對應的角度即為最長基線的真實無模糊相位差值。

3　解模糊方法仿真比較

長短基線法在進行相位計算時，是用短基線逐級計算長基線方位角，解模糊的過程中不能充分利用所有的基線相位差測量信息，且有可能將測得的相位誤差逐級放大。統(tǒng)計相位方差法是通過最長基線計算其他基線相位差，可充分利用所有基線相位差的測量信息。

在Matlab環(huán)境下，采用同樣的仿真條件對這兩種解模糊方法進行仿真對比。統(tǒng)一輸入條件為：(1)仿真信號為常規(guī)單載頻信號；(2)頻率400 MHz，采樣率1 GHz，采樣點數(shù)1 024；(3)入射角度為30°；(4)變信噪比條件下短基線間距為0.06 m，相鄰基線比為6，信噪比測量范圍從-10～30 dB，以0.4 dB為步進仿真值，每個信噪比仿真100次；(5)變短基線間距條件下信噪比為20 dB，相鄰基線比為6，短基線間距測量范圍0.01～0.5 m(此時半波長是0.375 m)，每個間距仿真100次。

3.1信噪比變化仿真對比

在不同的信噪比條件下，相位差的測量對比結果如圖2所示。

圖2　信噪比變化對解模糊影響

圖2展示了當信噪比從-10～30 dB變化時，長短基線和統(tǒng)計相位方差解模糊算法的對比仿真情況。當從-10 dB增加到5 dB時，信噪比對兩種解模糊方法的影響較大。當信噪比變小時，兩種解模糊方法誤差變大。在信噪比為-10 dB時，相位差真值為86.4°，統(tǒng)計相位方差解模糊得相位差為200°，而長短基線法的相位差約為1 000°。通過對圖2分析可得到，在信噪比很低時，統(tǒng)計相位方差解模糊方法的誤差比長短基線法小。

長短基線法由于是用短基線逐級計算長基線方位角，解模糊的過程中將測得的相位誤差逐級放大。在信噪比較低時，短基線測得的相位角誤差較大，由于誤差的逐級累加而導致長基線誤差過大。統(tǒng)計相位方差法是通過最長基線的測量角計算其他基線相位差，最長基線測得的相位差最準確，可避免誤差的逐級累加，且統(tǒng)計相位方差法充分利用所有基線測量值參與解模糊，由此可避免噪聲強度高而引起的測向誤差。

3.2短基線間距變化仿真對比

在短基線間距變化的條件下，相位差測量對比結果如圖3所示。

通過分析圖3可知，當短基線間距在0.01 m左右時，兩種解模糊方法誤差均較大，但統(tǒng)計相位方差法比長短基線法的誤差小很多。當短基線在0.01～0.03 m時，長短基線法誤差依然較大，相位方差估計值和真值很近。當短基線長度為0.03～0.24 m時，兩者的誤差均較小，估計值與真值接近。當短基線長度>0.24 m時，長短基線法的誤差不變，而統(tǒng)計相位方差法的誤差增大。

圖3　基線間距變化對解模糊影響

長短基線法由于是逐級求解相位差，短基線間距變大帶來的影響較低；統(tǒng)計相位方差法在解模糊的過程中充分利用了所有基線測量值，短基線間距變化帶來的影響會反應到所有基線的測量值上，這樣會將影響累加，最后影響統(tǒng)計相位方差法的測向精度。

4　結束語

長短基線法的計算方便簡潔、步驟少、求解相位的速度快，但其缺點是解模糊時未充分利用所有的基線相位差測量信息，有可能將測得的相位誤差逐級放大。短基線間距變化對長短基線法解模糊的效果影響較低，但對低信噪比的適應能力差。統(tǒng)計相位方差法對信噪比變換的適應能力強，充分利用了所有的基線相位差測量信息，解模糊的效果較好。但其對基線變化的適應能力差，且運算量較大，尤其是在基線個數(shù)多，雷達信號點數(shù)多的情況下運算量會大幅提高。在實際工程應用中要根據(jù)不同的需求選擇解模糊方法。

[1]張永順.雷達電子戰(zhàn)原理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

[2]潘琳.干涉儀測向與相位差變化率定位技術[D].西安:西安電子科技大學,2009.

[3]謝東.干涉儀測向技術研究[D].成都:四川大學,2003.

[4]毛虎,楊建波,劉鵬.干涉儀測向技術現(xiàn)狀與發(fā)展研究[J].電子信息對抗技術,2010,25(6):1-6

[5]趙國慶.雷達對抗原理[M].2版.西安:西安電子科技大學出版社,2012.

[6]任鵬,李建軍,周彬,等.多基線干涉儀解模糊算法[J].電子信息對抗技術,2015,30(3):6-8.

[7]張智鋒,喬強.低信噪比下相關干涉儀測向處理方法[J].艦船電子對抗,2009,32(12):103-106.

Offline Interferometer Defuzzification

TIAN Bing

(School of Electronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China)

A comparison is made between two commonly used defuzzification methods (baseline length and statistical phase variance) for linear interferometer DF where blur may result from cyclical phase ambiguity. Theoretical analysis and simulation are performed at different SNRs and short baseline spacings. The results show that at a low SNR the statistical phase variance method offers better defuzzification accuracy and stability, and signal adaptability than the baseline phase variance method; the change in short distance has great impact on the measurement errors by the statistical phase variance method.

interferometer; DOA; defuzzification; statistical phase variance

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.08.033

2015-11-19

田冰(1991-)，男，碩士研究生。研究方向：無源偵察-干涉儀測向。

TN953

A

1007-7820(2016)08-114-03