一種基于翼形布局的干涉儀測(cè)向方法

龔漢華，劉敏名，許 平

（中國(guó)航空工業(yè)洪都，江西 南昌 330024）

一種基于翼形布局的干涉儀測(cè)向方法

龔漢華，劉敏名，許 平

（中國(guó)航空工業(yè)洪都，江西 南昌 330024）

0 引言

干涉儀測(cè)向是利用測(cè)量同一輻射信號(hào)到達(dá)天線(xiàn)陣列的各波束天線(xiàn)之間的相位差來(lái)確定輻射源方向角的一種測(cè)向體制。為實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)范圍和高測(cè)角精度，通常采用多基線(xiàn)干涉儀測(cè)角，由短基線(xiàn)實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)范圍，長(zhǎng)基線(xiàn)實(shí)現(xiàn)高測(cè)角精度[1]。為實(shí)現(xiàn)二維測(cè)向，需要采用二維干涉儀天線(xiàn)陣列。通常二維干涉儀天線(xiàn)陣列為水平、豎直“十”字布局，其測(cè)向方法對(duì)非“十”字形布局的二維干涉儀則不適用，需要尋求新的測(cè)向方法。本文針對(duì)翼形布局的干涉儀天線(xiàn)陣，提出了一種新的測(cè)向方法，以解決翼形布局的干涉儀天線(xiàn)陣工程應(yīng)用問(wèn)題。

1 干涉儀天線(xiàn)布陣

某型翼形布局的干涉儀天線(xiàn)布陣如圖1所示，干涉儀天線(xiàn)布置于翼面上，天線(xiàn)基線(xiàn)法線(xiàn)垂直于翼面，天線(xiàn)法線(xiàn)方向與機(jī)體方向一致。此種布陣方案的優(yōu)點(diǎn)是由于天線(xiàn)法線(xiàn)與機(jī)體方向一致，能保證沿機(jī)體方向的測(cè)向范圍，且天線(xiàn)基線(xiàn)尺寸即為天線(xiàn)在翼面的放置間距，基線(xiàn)尺寸不需進(jìn)行投影變換。

2 測(cè)向方法

如圖1所示，與傳統(tǒng)干涉儀天線(xiàn)布陣不同，基于翼形布局的干涉儀天線(xiàn)在機(jī)體兩翼共形安裝，其基線(xiàn)與天線(xiàn)朝向不垂直，干涉儀基線(xiàn)法線(xiàn)與天線(xiàn)朝向也不一致，有一定夾角，且機(jī)體兩側(cè)天線(xiàn)陣不是水平、豎直“十”字形布陣。傳統(tǒng)基于水平豎直布陣的二維干涉儀測(cè)向方法不適用于翼形布局干涉儀天線(xiàn)測(cè)向，需要研究新的測(cè)向算法。

下面先分析研究一維干涉儀測(cè)向情況，然后由此引出翼形布局干涉儀天線(xiàn)測(cè)向方法。一維干涉儀相位差與波束入射角關(guān)系如圖2所示[2]。

在圖2中，實(shí)際來(lái)波方向?yàn)镺C，當(dāng)天線(xiàn)口面為豎直方向時(shí)，來(lái)波方向方位角為α，俯仰角為θ，來(lái)波到達(dá)兩天線(xiàn)的實(shí)際波程差為OE。由干涉儀測(cè)角公式可得到此時(shí)干涉儀測(cè)得角度β為：

此時(shí)，以O(shè)O’為軸，β為與軸線(xiàn)夾角，旋轉(zhuǎn)，可得到在三維空間內(nèi)所有波程差為OE的來(lái)波的集合，其在空間中的分布如圖3所示。

其中O為干涉儀所在位置，OB為兩天線(xiàn)基線(xiàn)方向，所有來(lái)波的集合為錐面COD，因此可得結(jié)論：當(dāng)一維干涉儀測(cè)得的角度為90°-β時(shí)，其所測(cè)得的來(lái)波方向β位于以干涉儀基線(xiàn)為軸，夾角為β的錐面上[3]。

根據(jù)上述結(jié)論，當(dāng)具有兩組基線(xiàn)時(shí)，每組基線(xiàn)測(cè)出一個(gè)角度值，可得一個(gè)空間錐面，兩組基線(xiàn)則得到空間兩個(gè)錐面，采用幾何方法計(jì)算出兩個(gè)錐面的交線(xiàn)，可得到兩條交線(xiàn)，然后根據(jù)天線(xiàn)測(cè)角范圍排除一條交線(xiàn)后，另一條交線(xiàn)即為來(lái)波方向的空間向量，通過(guò)對(duì)向量的計(jì)算可得到來(lái)波方向的方位角和俯仰角，如圖4所示。

在圖4中，以?xún)梢硌娱L(zhǎng)線(xiàn)與機(jī)軸的交點(diǎn)O為原點(diǎn)，兩干涉儀基線(xiàn)分別為AO與BO，以機(jī)軸方向?yàn)閆軸，以水平面上與Z軸垂直方向?yàn)閅軸，以豎直向上方向?yàn)閄軸，根據(jù)兩翼在坐標(biāo)系中的角度可得兩基線(xiàn)AO與BO方向的單位向量分別為[x1,y1,z1],[x2,y2,z2],設(shè)空間來(lái)波方向單位向量為[x3,y3,z3]。則根據(jù)上述一維干涉儀測(cè)向結(jié)論可知，翼AO上的干涉儀測(cè)出的角度α1為來(lái)波方向與基線(xiàn)AO夾角，翼BO上的干涉儀測(cè)出的角度α2為來(lái)波方向與基線(xiàn)BO夾角，由向量點(diǎn)積可得：

其中單位向量[x1,y1,z1],[x2,y2,z2]為已知量，又

通過(guò)求解式(2)和(3)可得兩組解，而實(shí)際來(lái)波方向位于Z軸正方向，故取Z軸正方向的一組解為真值，這組解便是來(lái)波方向的單位向量。此時(shí)可得來(lái)波方向方位角，俯仰角，至此完成了來(lái)波方向方位角與俯仰角的解算。

利用上述方法，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，干涉儀測(cè)向精度滿(mǎn)足指標(biāo)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

精確測(cè)向是干涉儀工程應(yīng)用難點(diǎn)。本文經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，提出了一種翼形布局的干涉儀測(cè)向方法，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試測(cè)試結(jié)果表明，該方法測(cè)向精度滿(mǎn)足應(yīng)用要求?？蔀槠渌莻鹘y(tǒng)布局的干涉儀天線(xiàn)測(cè)向問(wèn)題提供參考。

[1]唐永年.雷達(dá)對(duì)抗工程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

[2]邵文建，趙玉.俯仰角對(duì)一維干涉儀測(cè)向精度的影響[J].艦船電子對(duì)抗，2012.

[3]郭磊，陳矛.俯仰角引起的一維干涉儀測(cè)向誤差分析[J].火控雷達(dá)技術(shù)，2011.

>>>作者簡(jiǎn)介

龔漢華，男，1982年9月出生，2007年畢業(yè)于中科院研究生院，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理。

A Kind of Interferometer Direction Finding Method Based on Wing Configuration

Gong Hanhua，Liu Minming，Xu Ping
（AVIC-HONGDU，Nanchang,Jiangxi，330024）

The array form of interferometer based on wing configuration is different from the traditional interferometer,so a new direction finding method is needed.This article analyzes the direction finding of one dimensional interferometer,and fetches out the direction finding method of the interferometer antenna based on wing configuration. The result of laboratory test shows that the direction finding accuracy of this new method can satisfy the practicable requirements.

Interferometer;Wing configuration;Direction finding

2017-02-20）