機(jī)載無校準(zhǔn)干涉儀系統(tǒng)對固定目標(biāo)的定位

孟濤，胡秀寒

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，四川成都 610036）

0 引言

相位干涉儀系統(tǒng)具有空域覆蓋寬、多目標(biāo)偵察等特點，目前已經(jīng)在信號偵察、測向等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用［1-2］。采用多基線干涉儀，利用方位解模糊算法，可以同時兼顧干涉儀的測向空域覆蓋和測向精度。數(shù)字接收機(jī)是通過測量干涉儀各通道信號的相位差來獲得目標(biāo)方向，因此通道相位一致性對測向結(jié)果影響很大［3］。通過對干涉儀通道的相位差進(jìn)行校準(zhǔn)補(bǔ)充，可以準(zhǔn)確地定位目標(biāo)［4-5］。工程應(yīng)用中，在某些特殊情況下，可能出現(xiàn)校準(zhǔn)功能異常，例如校準(zhǔn)源故障、校準(zhǔn)碼表清空等。為提高干涉儀系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可用性，在校準(zhǔn)功能異常或無校準(zhǔn)數(shù)據(jù)時，干涉儀系統(tǒng)也應(yīng)保留一定的偵察定位功能。

針對機(jī)載干涉儀系統(tǒng)，創(chuàng)新性地提出了一種無校準(zhǔn)的固定目標(biāo)定位方法。首先對所提定位方法的原理進(jìn)行詳細(xì)介紹，然后利用試驗飛行數(shù)據(jù)，驗證所提定位方法的正確性。

1 原理介紹

在無校準(zhǔn)干涉儀系統(tǒng)中，各通道間不可避免地會存在誤差：

式中，ΦT為測試的相位差，ΦR為目標(biāo)方位引起的真實相位差，ΦE為干涉儀因相位不一致引入的固有相位差。測試的相位差隨移動距離的變化率Φ′T，其值與固有相位差ΦE無關(guān)。因此利用相位差變化率對目標(biāo)進(jìn)行定位時，可以避免相位誤差帶來的影響。圖1所示為機(jī)載干涉儀對固定目標(biāo)定位原理圖。

圖1 機(jī)載干涉儀對固定目標(biāo)定位原理圖

載機(jī)與目標(biāo)之間的距離為［6-7］：

式中，d為干涉儀基線長度，VA為載機(jī)速度，θ為目標(biāo)與干涉儀法線的夾角，λ為信號波長。其中，干涉儀基線長度d為已知量，載機(jī)速度VA可通過慣導(dǎo)和飛行參數(shù)獲得，信號波長可由數(shù)字接收機(jī)精確測得λ。方便起見，令K=2πdVA/λ，則式（2）可以簡化為：

這樣在干涉儀空域覆蓋范圍內(nèi)，對于不同的目標(biāo)方位，即可獲得一條“距離-角度曲線”，如圖2所示。并且，當(dāng)角度θ為0時，可以獲得法向距離，記作D0。

圖2 方位-角度曲線

也就是說，目標(biāo)可能的距離僅與其可能的方位有關(guān)。比如，如果目標(biāo)在天線基線的法向上，那么距離載體的距離為Κ/Φ′T，如果在基線法向的45°處，距離將降為K/(2Φ′T)，縮短了一半。

載機(jī)在飛行過程中，在任一位置可以獲得一條的“距離-角度曲線”。例如，對于相距為L的2個點O1和O2，根據(jù)這2個點處的相位差變化率，可以得到2條“距離-角度曲線”，如圖3所示。2條曲線的交叉點S，即為真實的目標(biāo)位置。至此，實現(xiàn)了機(jī)載無校準(zhǔn)干涉儀系統(tǒng)對固定目標(biāo)的定位。

圖3 距離-角度曲線交叉定位

需要說明的是，以上討論假設(shè)天線布置與機(jī)身平行。更一般的情況是，天線與機(jī)身存在一定的夾角ρ，此時式（3）變?yōu)槭剑?）：

2 試驗描述

2.1 試驗場景

為驗證提出的無校準(zhǔn)干涉儀系統(tǒng)定位方法的正確性，利用試驗飛行的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理分析。試驗場景如圖4所示，配試目標(biāo)為T，載機(jī)沿跑道型進(jìn)行飛行。以某一單邊A、B兩點為例，相關(guān)飛行參數(shù)及干涉儀系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。為方便描述，以A為坐標(biāo)原點，以載機(jī)飛行方向為x軸建立坐標(biāo)系。此次試飛中，干涉儀尚未進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖4 試驗場景圖

表1 飛行參數(shù)及干涉儀系統(tǒng)參數(shù)

2.2 數(shù)據(jù)處理

對A、B兩點的信號脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得相位差隨距離的變化率Φ′T，如圖5所示。其中圖5（a）為A點采集的數(shù)據(jù)，圖5（b）為B點采集的數(shù)據(jù)。對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，可以獲得在A、B兩點的3個基線的相位差隨距離的變化率Φ′TA1、Φ′TA2、Φ′TA3，Φ′TB1、Φ′TB2、Φ′TB3，分別為3.164、7.111、11.76、2.479、5.564、9.262，單位10-5/m。根據(jù)式（4），可以獲得A、B點各基線的法向距離D0，如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)處理過程數(shù)據(jù)

圖5 實驗數(shù)據(jù)及相位差隨距離的變化率

2.3 定位結(jié)果

以A點為原點，AB方向為-x方向建立坐標(biāo)系，計算A、B點同一基線的交叉點S1、S2、S3，如圖6所示。圖6（a）為3個基線的“距離-角度曲線”，圖6（b）為局部放大圖。根據(jù)實際目標(biāo)點坐標(biāo)位置，將目標(biāo)T也標(biāo)注到圖中。計算可知，交叉點S1、S2、S3與目標(biāo)T的實際位置相差分別為5.19 km、5.87 km、2.93 km，對應(yīng)的定位誤差分別為2.5%、2.8%、1.4%。

圖6 A、B點的3基線“距離-角度曲線”

因此，試驗結(jié)果表明：提出的無校準(zhǔn)干涉儀系統(tǒng)定位方法是正確可行的，定位精度優(yōu)于3%。

3 結(jié)束語

針對機(jī)載無校準(zhǔn)干涉儀系統(tǒng)，為提高其穩(wěn)定性和可用性，本文創(chuàng)新性地提出了一種對固定目標(biāo)的定位方法，并利用試驗飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行了實驗驗證。結(jié)果表明，所提出的方法可以在無校準(zhǔn)條件下實現(xiàn)機(jī)載干涉儀對固定目標(biāo)的定位，定位精度優(yōu)于3%。該方法可以推廣應(yīng)用到其他機(jī)動平臺的偵察領(lǐng)域，在校準(zhǔn)功能異?；驘o校準(zhǔn)數(shù)據(jù)時，實現(xiàn)對固定目標(biāo)的準(zhǔn)確定位?！?/p>