相差變化率的無模糊多通道檢測及在單站無源定位中的應用

摘 要：文章描述了相差變化率的多通道相差以及無模糊檢測方法，以及長基線測向解。在此基礎上，將基于相差變化率的定位測距方程轉化為短基線相差測向和無模糊程差差分的組合函數，一方面借助一維等距雙基陣所測得的相差值解算對應于長基線的無模糊程差差分值，另一方面利用短基線相差測向儀給定目標的方位值，由此給出了一種無需求解長基線相位模糊和波長整周數差值的單基站定位方法。

關鍵詞：單站無源定位；相差測量；相差變化率；相位模糊；測向；機載無源定位

1 引言

理論分析已經表明，基于相差以及相差變化率的定位體制，和其他定位方式相比，相對而言是一種能夠利用較短基線就可實現較高定位精度的技術[1-6]。這是因為與時差定位體制不同，相差定位的誤差測量方程不僅與量值巨大的光速無關，而且還和波長成正比。故和至少需要采用十幾公里長基線的多站時差定位技術比較，多站相差定位能以幾公里或幾百米的相對比較短的基線長度實現無源定位[7]。

但目前基于相差測量的定位技術尚未實現工程應用，除因為波長整周數以及差值都是未知參量，解相差模糊存有數學處理上的困難之外，阻礙相差定位工程應用的另一個難題是波長整周數差值的測量誤差對定位精度的影響問題。在現有的基于相差測量的無源定位分析中，都是將波長整周數看成常值，并認為在經過微分處理后，相差變化率就將與波長整周數無關，即相位差的差值是不模糊的。但分析表明，相差變化率不僅與相差的差分項相關，而且還與波長整周數差值的差分項相關，且在相差的差分項與波長整周數差值之間存有互為跳變現象[8，9]，現有的定位分析中僅是從解相位模糊需要的角度研究了波長整周數的計算問題，但并沒有真正的研究分析波長整周數的跳變對測距精度的影響問題[10-15]。

本文介紹了作者近幾年關于相差定位技術的若干研究結果。首先在由相頻函數關系導出基于多通道相差測量的相差變化率的基礎上[16]，研究了相差變化率的無相位模糊檢測方法[17]。通過將對應于基線長度的時差項從相差變化率中剝離出來，提取得到了一個在單位長度上表征整周數和相差的差分特性的函數。隨后所做的模擬計算發現，單位長度上的程差差分函數的變化是極有規律的，直接通過對實測獲得的相差差分值域的判別，就能確定相應的校正數，由此得到了與整周數差分項無關、且與原程差差分函數等值的函數表示式。所揭示的方法表明，在未知波長整周數差值的情況下，僅基于相差測量值即可求得相差變化率。

基于這種創新發現，就能進一步將基于相差變化率所導出的測距式轉換成方向和相差變化率的函數，一方面直接采用測向技術確定公式中所包含的方位函數項；另一方面利用無模糊相差變化率測量方法確定與單位波長的相差變化率所相關的函數項，由此就能在避免對波長整周數差值檢測的情況下實現無模糊相差定位。

2 相差變化率的多通道無模糊檢測

2.1 相差定位方程

5 結語

分析表明，測向觀測可以忽略波長整周數差值的測量誤差的影響，而基于相差測量的定位方法不僅需要解模糊，而且還必須重視與解決波長整周數差值的測量誤差問題。實際分析表明波長整周數差值的測量誤差對測距精度的影響很大，這也就是在直接相差定位與間接相位干涉測向之間的一個區別所在[19，20]。

關于相差變化率的無模糊檢測研究結果無疑為與相位測量相關的工程實用化設計提供了一種很有力的技術支撐。基于相移與頻移間的函數關系所作的分析表明，無源定位中的諸多參量都和相差變化率的檢測相關的，一旦相差變化率可實現無相位模糊檢測，則這些和相差變化率直接相關的參量都能實現無模糊求解。并且，借助于程差差分的表示形式，還能更深刻的了解某些參量的物理意義[21]。

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