单基线相位干涉是相位干涉仪的最简单形式,它由两个相距一定距离的全向天线组成【5】。考虑远场存在一个辐射源,该辐射源到达两个天线之时的距离不同,由此导致两个天线输出信号间存在一个与到达角(DOA)相关的相位差,通过测量该相位差来对DOA进行测量。在实际测向过程中,快拍数有限且噪声总是存在的,这些非理想因素会引起DOA估计误差。由单基线相位干涉仪的基本测向原理可知,增加基线长度是提高测向精度的一个有力途径。尽管如此,随着基线长度的逐步增加,当其大于入射信号半波长时,由于超出了空间采样定理的上限而导致DOA估计出现模糊。换言之,单基线相位干涉仪存在DOA估计精度与模糊之间的矛盾。19116
解决上述问题常采用增加辅助基线形成多基线相位干涉仪来解决。利用基线间特殊的比例关系和基线对应的测量相位差,来解最长基线对应的模糊。其中,文献[6]给出一种长短基线相位干涉仪,它要求短基线不大于入射信号半波长,通过利用短基线对应的无模糊相位差,解出长基线对应测量相位差中的模糊数。长短基线虽然可以使得长基线突破半波长的限制,但是要求短基线在半波长以内。现代侦察系统中,其工作频带较宽,其中经典的工作频率范围0.5GHz-18GHz,工作频率的最高值决定了基线的长度,工作频率的最低值决定了天线的尺寸,在此类系统中天线的直径往往大于半波长,因此存在安装和天线设计的难度。为了使得相位干涉仪中最短基线也超过半波长,文献[7]提出一种双基线互质相位干涉仪,基于基线间的互质关系解模糊,且不要求各基线小于半波长。同样,无论是长短基线解模糊,还是双基线余数定理解模糊,两者在实际工程中仍然要面对快拍数有限、加性噪声、阵元位置误差和通道幅相不一致等非理想情况。这些非理想情况会影响测量相位差的估计精度,导致解模糊错误,从而使得测向精度较低,甚至测向失败。面对这一现状,其本质原因在于正确解模糊时的解模糊容差较小。为了提高解模糊容差,文献[8]提出了采用参差距离的多基线相位干涉仪,通过利用多基线之间的参差关系,解多文方程组的最优解来解相位模糊,。文献[9]在上述算法的基础上,分析了在噪声和扰动同时存在时,上述算法的正确解模糊的条件,以及正确解模糊数时要求的最低信噪比。显然,该文献[9]解模糊过程中都涉及到一个多文的整数搜索问题,存在计算复杂度高等问题。为了减小计算量,文献[10]提出了一种快速解模糊算法,该算法将多文搜索问题转换为多个二文整数搜索问题,极大地减少了计算量,并且它并不要求基线长度必须满足参差关系,只需要基线长度的最大公因子为1。文献[11]将干涉仪测序应用于机载单站无源定位中,其提出的解模糊算法易于实现。文献[12]从虚拟基线的角度出发,提出了虚拟阵元概念和相应的解模糊算法。文献[13]在虚拟阵元的基础之上,提出了一种利用相位干涉仪阵列的相位差之差(二次相位差)的解模糊算法,这种算法的优势在于可以测量得到无模糊的二次相位差,无需多文整数搜索,减小了计算量,而且在噪声干扰的背景下可以得到更高的正确解模糊概率。
总之,相位干涉仪的结构多种多样,相应的解模糊算法也较多,更为重要的是其在实际工程中已得到广泛的应用。例如,以色列的RAS113机载电子情报系统,前苏联的ELINT3电子侦查卫星,法国汤姆逊公司研制的ASTA系统等,美国Litton公司所制造相位干涉仪目前处于世界领先地位水平,在MMIC技术高速发展的今天,机载的相位干涉仪体积,重量也逐渐减小,例如以色列和一些非洲国家已经能将重量减小到20kg左右。
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