機載干涉儀陣列地面靜態標校系統研究

章宏權,黃劼

（四川大學 制造科學與工程學院,四川 成都 610065）

機載干涉儀陣列地面靜態標校系統研究

章宏權,黃劼

（四川大學 制造科學與工程學院,四川 成都 610065）

摘 要：機載干涉儀陣列的標校工作是保證其測向精度的重要環節，標校時需要將干涉儀陣列測得的信號源方位角和俯仰角與準確值進行比對，并計算測向誤差進而加以校準。針對目前機載干涉儀陣列標校所存在的一些問題,本文研究了基于電子全站儀作為坐標真值獲取手段的地面靜態標校方法。具體介紹了標校系統原理、標校流程以及數學計算模型，試驗表明該標校方案可行，數據處理快速可靠，滿足實際應用的技術要求。

關鍵詞：機載干涉儀陣列；地面靜態標校；電子全站儀；計算模型

0　引言

隨著航空電子偵察技術的發展，機載干涉儀陣列測向系統由于覆蓋范圍大、機動靈活和能夠單機對信號源進行無源定位等優點，越來越受到關注[1]。目前對于機載干涉儀陣列測向系統的研究很廣泛，但主要集中于陣列設計、測向算法及誤差分析，對于標校問題涉及較少[1-5]。機載干涉儀陣列的測向誤差與陣列設計、測向算法、陣列安裝、機載平臺的電磁環境等諸多因素有關，如飛機金屬蒙皮對測向天線幅相特性的影響、載機內部電磁兼容問題、信號傳輸過程中的多徑效應、相位模糊以及載機姿態等[5]。

為了提高機載干涉儀測向系統精度，不僅需要從陣列的設計、測向算法、安裝精度、載機電磁干擾等環節予以改進，標校也是一項重要而有效的技術手段。機載干涉儀陣列的標校一般分為靜態標校和動態標校，動態標校法是在實際飛行中對指定頻率和位置的信號源進行測試，與實際運行狀態最為相近，能最大限度消除系統誤差，缺點是標校數據重復性差且實施成本高，載機機動對標校精度也有影響；靜態標校法具有精度高、數據重復性好、成本低的特點，且避免了載機機動的影響[6]。

目前對于機載干涉儀陣列的標校而言，主要是依靠人工手動完成，這種傳統標校方法的缺點是對測量人員專業要求高、容易出錯、標校精度低且操作復雜低效，本文研究一種基于電子全站儀的機載干涉儀陣列地面靜態標校方法，該方法通過標校控制器控制電子全站儀進行測量,充分發揮了電子全站儀高效、高精度的優勢，相對傳統標校方法而言，該標校方法操作簡便、精度高、數據重復性好。

1　地面靜態標校方法介紹

1.1標校的基本原理

陣列坐標系、載機坐標系、導航坐標系之間的變換關系可由下式給出：

干涉儀陣列上的兩個固定點是建立陣列坐標系的基準點，以這兩固定點的連線為x軸，連線的中垂線為y軸依照右手定則構成干涉儀陣列坐標系，其中x軸正向指向機頭。標校系統對信號源的直接測量結果是基于干涉儀陣列坐標系，利用矩陣可以將該測量結果進一步變換到導航坐標系之中，機載干涉儀測向系統給出的測向結果也是基于導航坐標系，因此在同一坐標系下可以將干涉儀陣列的測量結果同標校真值進行比對。

標校系統主要由標校控制器、電子全站儀、信號源小車三部分組成，標校系統平面示意圖如圖1所示。固定點A和B分別為干涉儀陣列上的靠近機頭和機尾的兩個固定點，信號源與飛機的距離為100米左右，弧線上的圓圈代表測試點。1.3 標校流程

圖1　標校系統示意圖Fig.1 Diagram of Calibration System

系統標校流程如圖2所示。在外場安裝好相關設備之后，首先在標校控制器上對全站儀參數（大氣壓、儀高、氣溫、棱鏡常數等）進行初始化[7]；然后選定標校方案，標校方案主要包括變點定頻、定點變頻以及隨機測量三種；隨后測量載機外部兩點的坐標來建立陣列坐標系，對于首次標校的機型，還需要測量陣列上兩個固定點的坐標；接著在標校控制器的引導下，信號源小車移動到標校方案中指定的位置點，到位之后發出指定頻率的脈沖信號，等待干涉儀陣列測向完畢，然后繼續下一頻點的測量，操作步驟相同，直到標校方案執行完畢；最后將標校真值轉換到導航坐標系中，同干涉儀陣列的測量結果進行比對，進而獲得各個頻點的測向誤差來校準干涉儀陣列。

圖2　標校流程圖Fig.2 Calibration flow chart

2　標校真值的數學模型

2.1計算標校真值

圖3　干涉儀陣列坐標系Fig.3 Interferometer array coordinate system

圖4　坐標反推示意圖Fig.4 Diagram of reverse calculate Coordinate

2.2數據處理

3　總結

研究了一種基于電子全站儀的機載干涉儀陣列的地面靜態標校系統，該系統設備安裝便捷、操作簡單，充分發揮了電子全站儀的高效、高精度優勢，并且采用的地面靜態標校方法具有精度高、數據重復性好、成本低的特點。對某型機載干涉儀陣列的現場測試證明，該系統完全可以用于機載干涉儀陣列方位角和俯仰角的標校。對于其他載有干涉儀陣列的測向設備，也可以參考該方法進行標校。

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Research on static ground Calibration System of Airborne interferometer array

ZHANG Hong-quan, HUANG Jie
(School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu, China, 610065)

Citation: ZHANG Hong-quan, HUANG Jie.Research on static ground Calibration System of Airborne interferometer array [J].The Journal of New Industrialization, 2015, 5(6): 59?64.

Abstract:The calibration of airborne interferometer array is an indispensable part to ensure the direction finding precision.When calibrating the interferometer, a comparison between the Measurements and accurate values is required, and a calibration based on the measurement errors is also needed.Considering the fact that there are still some unsolved problems in the calibration of airborne interferometer array, this paper analyzes the ground static calibration methods in the light of the electronic total station as the coordinate to obtain the true value.Specifically, this paper introduces the theories of calibration system, calibration processes and mathematical models.The tests prove that this calibration method is feasible and the data processing is fast and reliable, which can meet the technical requirements of practical application.

Key Words:airborne interferometer array, ground static calibration, electronic total station, calculation model

作者簡介:章宏權,2013年獲得學士學位,現于四川大學讀碩士研究生,主要研究方向為智能儀器設計、標校技術等。

本文引用格式：章宏權,黃劼.機載干涉儀陣列地面靜態標校系統研究[J].新型工業化，2015，5(6)：59-64 DOI：10.3969/j.issn.2095-6649.2015.06.10