[发明专利]基于相位跳变修正的虚拟基线测向法

摘要

本发明公开了一种通过改进测向算法准确度和校正相位跳变误差，仅利用一维双基三天线非均匀接收阵列实现相位干涉测向的方法。新方法一方面通过对相差定位方程进行简单的数学变形处理导出了一维双基三天线相位干涉阵列的准确测向公式；另一方面，在利用异侧相差相减方式构造工程可实现的虚拟短基线，以及在利用虚拟短基线求解长基线相位模糊值的过程中，发现并详细分析了所存在的相位模糊值不为零的问题，给出了通过对到达角的正弦值进行判别来实现修正的方法。本发明所给出的测向准确解可为相位干涉仪测量误差的校正分析提供理论依据，所给出的相位跳变误差修正方法可使相位干涉仪能仅以有限的基线数量即获得好的测量性能。

主权项

1.一种通过改进测向算法的准确度、修正虚拟短基线法中所存在的相位跳变误差、仅利用一维双基三天线非均匀阵列实现测向的方法，该方法具体包括以下步骤：1)由设计给定的测向精度，和工程可实现的相位差测量误差，通过对一维双基三天线测向阵的准确解：sinθ=(d132-Δr132)Δr12-(d122-Δr122)Δr13(d132-Δr132)d12-(d122-Δr122)d13]]>式中：θ为目标到达角；d_ij为基线长度；为由相差测量得到的路程差；其中：λ为信号波长；Δn_ij＝n_i-n_j是波长整周数；Δφ_ij＝φ_i-φ_j为两阵元之间的相位差。进行误差分析，并利用基本测量误差公式：σθ=σφΣi=12(∂θ∂Δφij)2]]>式中：σ_θ为测向精度；σ_φ为相位差测量误差的均方根值。以数值计算的方式确定基线的基本长度d₀，且规定d₀＝d₁₂。亦可从基于平行入射波的近似测向公式的测量精度计算式获得基线的基本长度：d0=λΔφ2πΔθcosθ]]>式中：θ为目标的到达角；Δφ为相位差测量误差；Δθ为测向精度；λ为信号波长。考虑到近似解的测向精度比准确解为好，故测向精度应在设计给定值的基础上修正：Δθ＝Δθ₀-Δθ_r式中：Δθ₀为设计给定值；Δθ_r为精度修正值，精度修正值可以通过对准确解与近似解的测向精度的比对获得。然后由所选用的天线孔径，进一步修正基本基线长度d₀，使阵列天线间的距离满足工程安装要求；2)确定一维双基三天线非均匀阵列的各个基线长度，设阵列从左方开始的第一段基线长度为：d₁₂＝d₀第二段基线长度为：d23=d0+λm]]>阵列的总长度：d13=2d0+λm]]>其中，波长的比例系数m≥2，但不一定必须是整数值。为保证测向精度，虚拟基线的长度不能太短，即m值不能太大。比例系数的选择和基本基线的长度d₀、信号波长λ以及覆盖张角θ_max都有关，可通过对准确解的误差分析，由数值计算确定；3)虚拟短基线的无相位模糊测向，以接收阵列的中间阵元为公共相位测量端点进行异侧相减，由程差与基线的比值获得虚拟短基线的无相位模糊测向解：sinθ=m2π(Δφ23-Δφ12)]]>4)对虚拟短基线测向公式的相位跳变误差的修正，设存有整周数跳变误差的到达角的正弦值为：a=±m+m2π(Δφ23-Δφ12)]]>如：a＞1，则修正后的到达角正弦为：sinθ＝a-m，即有：θ＝sin^-1(a-m)如.a＜-1，则修正后的到达角正弦为：sinθ＝a+m，即有：θ＝sin^-1(a+m)5)求解阵列各程差的波长整数的差值：Δn12=int[md122πλ(Δφ23-Δφ12)-Δφ122π]]]>Δn13=int[md132πλ(Δφ23-Δφ12)-Δφ132π]]]>6)对阵列基线整数差值的相位跳变的修正，修正过程如下：Δnij=int[mdij2πλ(Δφ23-Δφ12)-Δφij2π]+1]]>若：Δn^ij>p×m×m0]]>则：Δn12=Δn^12-m×m0]]>p＝1Δn23=Δn^23-m×m0-1]]>p＝1Δn13=Δn^13-2m×m0-1]]>p＝2若：Δn^ij<-1]]>则：Δn12=Δn^12+m×m0-1]]>Δn23=Δn^23+m×m0]]>Δn13=Δn^13+2m×m0]]>其中具有上标识符号^的为跳变项。7)精度验证，利用一维双基三天线阵列的测向准确解所导出的测量精度公式验证目标到达角的测向精度，如不满足设计指标，可通过修改基本基线等，按步骤重新计算，直至满足工程使用要求。