機載無源測向技術(shù)研究

徐 立 顏 雨

（海軍裝備部，四川 成都 610036）

1 概述

在高科技支持下的陸、海、空、天多維一體信息化戰(zhàn)爭中，機載無源測向系統(tǒng)是獲取綜合態(tài)勢和目標(biāo)特性的重要裝備，對提高載機生存力發(fā)揮著不可替代的作用[1]。機載無源測向系統(tǒng)要求對輻射源進行測向和定位，以獲取所需的電子情報。目前常用的機載無源測向體制主要是多通道干涉儀[2]、多通道比幅[3]等，相控陣體制的無源測向常采用和差波束[4]。

本文闡述了干涉儀測向、比幅測向與和差波束測向等機載無源測向系統(tǒng)常用測向技術(shù)基本原理，并進行了測向誤差影響分析。最后根據(jù)幾種測向技術(shù)的工作特點，分析了典型應(yīng)用場景，為無源探測系統(tǒng)測向方案選擇提供參考。

2 干涉儀測向

2.1 干涉儀測向原理

干涉儀測向原理如圖1 所示[5]。當(dāng)來波信號從角度θ方向到達(dá)測向天線0 與天線1，則兩天線接收信號的相位差為：

圖1 干涉儀測向示意圖

式中：

λ為信號波長，單位m；

l 為天線基線，單位m。

相位無模糊時輻射源信號入射角度表示為：

2.2 干涉儀測向誤差分析

當(dāng)輻射源信號與干涉儀天線視軸不在同一平面時，按照公式（3）測量將會引入測量誤差，產(chǎn)生“圓錐效應(yīng)”?！皥A錐效應(yīng)”示意圖如圖2 所示。

圖2 圓錐效應(yīng)示意圖

由于輻射源與干涉儀天線陣的距離遠(yuǎn)大于干涉儀天線基線長度，輻射源信號真實方位角α、仰角β 與干涉儀測量方位角θ 存在以下關(guān)系：

圓錐效應(yīng)造成的測量誤差為：

圖3 多基線干涉儀測向示意圖

3 比幅測向

3.1 比幅測向原理

比幅測向利用相鄰天線接收信號的幅度差來實現(xiàn)輻射源信號的方位測量[7]，原理如圖4 所示。兩個相鄰天線輸出表示為：

圖4 比幅測向天線方向圖

根據(jù)公式（10）與公式（11）取對數(shù)求差：

3.2 比幅測向誤差分析

根據(jù)公式（12）求導(dǎo)，比幅天線測向誤差表示為：

4 和差波束測向

4.1 和差波束測向原理

圖5 和差波束測向示意圖

圖6 和差波束矢量合成原理

則來波信號角度表示為：

4.2 和差波束測向誤差分析

根據(jù)公式（18），和差波束測向誤差表示為：

接收機噪聲歸一化差信號誤差σtan-1（Δ/Σ）取決于和通道信噪比：

將公式（20）代入公式（19），即由接收機引起的測角誤差：

和波束寬度可表示為：

將公式（22）代入公式（21），和差波束測向誤差表示為：

5 測向技術(shù)對比分析

機載無源測向系統(tǒng)測向技術(shù)指標(biāo)包括測向精度、靈敏度、資源代價等。干涉儀測向測向精度、配置靈活、可兼顧天線尺寸與測向精度，但硬件資源相對較大、靈敏度相對較低；比幅測向結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，但測向精度低、天線方向圖要求高；和差波束測向精度高、靈敏度高、天線方向圖要求低，但硬件資源大、陣列配置不靈活。針對3 種測向技術(shù)的優(yōu)劣對比，適用于不同的典型應(yīng)用場景，如表1 所示。

表1 測向技術(shù)對比分析

結(jié)束語

在高科技支持下的陸、海、空、天多維一體信息化戰(zhàn)爭中，機載無源測向系統(tǒng)是獲取綜合態(tài)勢和目標(biāo)特性的重要裝備，對提高載機生存力發(fā)揮著不可替代的作用。本文闡述了干涉儀測向、比幅測向與和差波束測向等機載無源測向系統(tǒng)常用測向技術(shù)的基本原理，并對幾種測向技術(shù)的測向誤差進行了分析。最后，通過3 種測向技術(shù)在測向精度、靈敏度、資源代價等方面優(yōu)缺點的對比分析，給出了各自的典型應(yīng)用場景。無源探測系統(tǒng)測向技術(shù)方案需要根據(jù)測向精度、靈敏需求、安裝平臺資源等等多個因素進行選擇。