实际入射角的相位干涉仪测角方法

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1、72中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechnology2012年2月第1期实际入射角的相位干涉仪测角方法纪强罗义军李劲田茂(武汉大学电子信息学院，武汉430079)摘要为了提高短距离定位精度，消除采用平行入射假定所引入的计算误差，分析和研究了近似误差对角度估计和解相位模糊的影响；得出了满足平行入射近似的前提条件，为干涉仪的波长、基线长度等参数设计提供了指导依据；提出了实际入射角的相位差估计和相应的角度计算方法，提高了角度估计精度。文章提出的高精度相位干涉仪测角方法，适用于多个运动平台(如

2、卫星、飞行器)的互相定位、航天器交会对接、地面短距离目标定位等测角精度要求高的工程应用。关键词实际入射角相位干涉仪相位差估计交会对接DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2012．01．0111引言在众多测向方法中，相位干涉仪由于精度高而备受青睐。目前，相位干涉仅体制测角技术已在反辐射导弹(ARM)的目标导引D-2]、飞行器被动雷达的目标导引Is3、单一运动测量平台(如卫星、飞行器)的辐射源定位[4‘5]、机载无源定位和探测口]、战场监测和远程探测定位‘7。、交会对接雷达‘81等航空航天领域中得到

3、广泛应用。有关研究当前主要集中在相位差变化率定位‘引、解相位模糊‘引、鉴相方法‘103和改善定位精度[1屯“1等方面，而在相位差测量中，通常都是把不同天线接收的来自同一辐射源的入射波看成平行波。这种假定在所引入的近似误差远小于测角精度要求时是合理的，但并不适合所有的实际情况。例如，在多个运动平台(如卫星、飞行器)的互相定位、航天器交会对接、地面短距离目标定位等应用中，由于定位距离变短，平行近似所引入的误差增大，当误差与所需测角精度在同一数量级时就无法忽略，因而在这些应用中高精度测角时往往不再适用平行假定。随着未来航空

4、航天系统工程对定位精度要求的提高，短距离高精度的测角方法将会被广泛应用。2相位差干涉仪测向原理通常的干涉仪测向示意如图l所示，L为两天线之间的距离(即基线长度)，口为信号到达方向与基线的夹角，令入射信号的波长为A。由于通常干涉仪与定位点间的距离远大于基线长度，因而图中两条线的方向角近似相等。两天线接收信号的相位差m1为拳=(2，【L／．：I)cos8(1)收稿日期：2011-06-12。收修改稿日期：2011-09—272012年2月中国空间科学技术由于基线长度L通常大于A／2，会造成相位模糊，因此还必须进行解相位模

5、糊，例如可以采用长短基线、参差基线、参差频率等解模糊方法[9]，以短基线解模糊为例，假设接收信噪比为S／N(S为信号，N为噪声)，则1盯精度最大测量误差为艿壬⋯=1／∥；两。令两条基线的长度分别为l。和z。，基线测量的相位差分别为；。和；。，其中；。，；。∈[o，2霄]，相应的测量误差为艿≯。和8拳。，假设模糊值分别为k。和k。，则有!。+8拳。+2ko耳。(2砒／小。s口I(2)15l+8≠1+2kI7r=(2u11A)cosOJ‘’入射信号图1干涉仪测向示意Fig．1Imerferometerdirectionf

6、indingschematic若l(p·艿≯o一夕08妒·)／27rJ≤≤(夕。+P。)艿≯。。／27<：0．5，贝0Plko—Pokl一round((po；l—P1；o)／27c)=R式中round为取整函数，由式(3)即可根据模糊值k。计算得到七。。3实际入射角的影响3．1实际入射角对角度估计的影响干涉仪的实际入射角示意如图2所示。图中基线长度为AB=￡。；定位点到A点的距离为AR—r，A、B两根天线的入射角分别为0，卢，RC与基线AB垂直。显然，AC=rCO$O，BC=rcosO—Z1，RC—rsinO。于是有

7、(3)74中国空间科学技术2012年2月3．2实际入射角对解相位模糊的影响为了说明实际入射角对解相位模糊的影响，本文以长短基线为例来加以说明。如图3所示，由0、B点做辅助线OD、BE、BF，使得RD=RO，RE=RB，BF垂直于AR。则AD，AE分别为短基线和长基线干涉仪的传输距离差。令AD=d。，AE—d-，则相位差分别为如一2nd。／4，，11=2，rdl／；t。由于BF垂直于AR，则AF=Z1cos0，因此，EF=11cos0一d1=RB·E1一cos(p一口)]即为实际入射角距离差计算的近似误差。而RB=~／

8、，一2d。cos0+z；，代入最大角度差的相应值co鲫=z1／r，可得RB=~／产一路。AtoO，BC}．————上———叫图3干涉仪实际入射角的计算Fig．3Interferometeractualincidence’scalculation由tan(fl--口)=z，／√F珂，可得cos(p-疗)一0F珂／r。因此干涉仪长基线距离差的最大计