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对于干涉仪二维测向的一些要点

作者:互联网

对于干涉仪二维测向的一些要点

之前做二维DOA估计仿真的时候都没有认真的思考过方位角俯仰角的关系,对于我们特定的使用场景——导引头的实际应用的考虑不足,在做仿真的时候出了一些岔子,在这里记录一下一些思考和犯过的错误。不光是为了以后能更好的做仿真,也是提醒自己治学的态度还要更端正,不能只知其然而不知其所以然,导致出现这些白痴问题。

二维DOA估计要点

二维DOA估计首先是建模,确定阵列流形,如下图:
天线阵列接收示意图
图中蓝色实线为信号入射方向,常规情况下我们通常将其投影到XOYXOYXOY平面上的虚线与XXX轴的夹角称为方位角(Azimuth):φ\varphiφ,将其与ZZZ轴的夹角称为俯仰角(Pitching):θ\thetaθ。通常φ\varphiφ和θ\thetaθ的取值范围都是[-90°,90°],这样就可以表示XOYXOYXOY平面上方(z>0z>0z>0)的所有信源方位。对于雷达导引头平台通常需要规定一个弹头对准方向,一般天线布置在XOYXOYXOY平面上时,ZZZ轴就是前进方向,对应的方位角一般不再用φ\varphiφ表示,而是用Ψ\varPsiΨ表示,这样需要调整的方向都与导弹的前进方向ZZZ轴有关,通过不断调整使最后测向角度都趋近于0,这样导弹就对准目标了。下附转换公式:
tanΨ=tanφtanθ \tan \varPsi =\frac{\tan \varphi}{\tan \theta} tanΨ=tanθtanφ​
实际建模中我们通常使用的是φ\varphiφ和θ\thetaθ,这是用在雷达平台上的,对于这种方法我们可以由图推导出空间任意位置阵元与原点间的相位差,从而写出阵列流形。当远场信号由蓝色实线入射时,我们把AAA点投影到入射方向的直线上便可以得到准确的相位差(如绿线所示可以将AAA点坐标投影到三个轴上,再如红线最终投影到入射方向上)。最终的波程差写作:
Δd=xcosφsinθ+ysinφsinθ+zcosθ \Delta d=x\cos \varphi \sin \theta +y\sin \varphi \sin \theta +z\cos \theta Δd=xcosφsinθ+ysinφsinθ+zcosθ

干涉仪估计要点

干涉仪测向实质就是利用辐射信号在接收天线上形成的相位差来确定辐射源方向。两根天线之间的波程差Δd\Delta dΔd会造成相位差Δϕ\Delta \phiΔϕ,具体关系为:
Δϕ=2πλΔd \Delta \phi =\frac{2\pi}{\lambda}\Delta d Δϕ=λ2π​Δd
其中λ\lambdaλ为信号波长。由于干涉仪测量所得相位差范围为(-π\piπ,π\piπ),由上式可知天线间距d<λ2d<\frac{\lambda}{2}d<2λ​时测向无模糊,可以通过干涉仪测得的相位差直接估计辐射源方向,当天线间距d>λ2d>\frac{\lambda}{2}d>2λ​时测向存在模糊需要解模糊才能得到正确辐射源方向。

两种干涉仪的解模糊方法此处直接贴图,详情参见论文:司伟建, 初萍. 干涉仪测向解模糊方法[J]. 应用科技, 2007(9):54-57.

长短基线法:用于提高阵列测向精度

长短基线法

虚拟基线法:用于增大测向频率范围

虚拟基线法

干涉仪用于二维DOA估计的要点

干涉仪用于二维测向通常都是L阵或十字阵列,L阵相对容易一些,这次出仿真问题主要是十字阵列,记录一下问题。

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标签:相位差,二维,varphi,测向,干涉仪,tan,sin
来源: https://blog.csdn.net/weixin_46019862/article/details/104599095