俯仰角對一維干涉儀測向及定位的影響分析

趙貴

南京科瑞達電子裝備有限責任公司（原924廠） 江蘇 南京 211100

1 干涉儀測向原理

干涉儀測向系統中干涉儀測向陣通常由多個天線單元組成，每兩個天線單元組合形成多級基線，如下圖中天線1分別和天線2、3、4組成了短（d1）、中（d2）、長（d3）三條基線，每個天線單元后面都接著對應的微波通道以及數據采集通道。

根據干涉儀測向系統原理圖1可知：

圖1 干涉儀測向系統原理圖

輻射源目標入射波到達同一基線的兩個天線單元時的相位差 由干涉儀基線長度、入射波相對于基線法線的角度、信號波長 共同確定。通過鑒相器解算出相位差 后，即可解算出入射波相對基線法線的角度，如下所示：

2 建立干涉儀三維測向模型

圖2 干涉儀三維測向模型

現做如下假設[1]：

①干涉儀基線d與飛機機身軸線平行安裝，圖中紅線代表干涉儀基線d；②H為載機相對于目標的垂直高度；③R為飛機在目標所在水平面上投影與目標之間距離；④為干涉儀基線在目標所在水平面投影與目標之間夾角（水平方位角）；⑤ 為測量得到的干涉儀基線與目標之間夾角（立體方位角）；⑥為入射電磁波相對于干涉儀基線法線的夾角；⑦為載機相對于目標所在水平面的俯仰角，即載機與目標連線與目標所在水平面之間夾角；

根據直角三角形中邊、角關系可知：

進行等價變換即可用三維立體方位角ｗ與載機相對于目標所在平面的俯仰角表示：

3 一維干涉儀測角誤差分析

下面就一維干涉儀測向系統中立體方位角 和平面方位角進行對比分析。

假設載機與目標之間俯仰角分別為4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°，入射波與基線法線的夾角 由-90°變到90°時立體方位角 和平面方位角 之間差值曲線如圖3所示：

圖3 測角差值隨目標方位角變化

從圖中可發現，當入射波垂直基線法線附近入射（即目標方位角為90°）時，測角差值 相差最小，測角差值 隨著入射波與基線法線之間夾角的增加而增大[2]。干涉儀系統測向方位區間通常在法線 范圍，固定= 60°，俯仰角 由0°變化到10°，觀察圖4可知，測角差值隨著俯仰角增加而增加，在俯仰角為10°時，測角差值達到最大值1.6度左右，若俯仰角繼續增加，則測角差值將進一步增大[3]。

圖4 測角差值隨俯仰角變化

4 測角誤差對測向交叉定位的影響分析

實驗2：假設飛機飛行速度為100m/s，飛機飛行高度10000m，飛機相對于目標起始距離為50Km，起始方位角為45°，測角均方根誤差為1°。

當采用立體方位角ｗ與平面方位角 分別進行測向交叉定位時，進行300次蒙特卡洛實驗得定位誤差收斂對比曲線如下：

從圖5（a）和圖5（b）可看出，這時采用立體方位角進行測角交叉定位比利用平面方位角得到的定位誤差要大2%~3%。

圖5 定位誤差收斂對比曲線

從上表2中可知，在俯仰角大到一定程度（11.5°）后，采用不同的方位角進行定位得到的定位精度和收斂速度具有較大區別。

表2 利用不同方位角時測角交叉定位收斂速度與收斂誤差對比

5 結束語

由本文分析可知，一維干涉儀無源測向系統在載機與目標之間的俯仰角固定情況下，目標入射波來波方向與干涉儀基線法線之間夾角越大，測角誤差越大；目標入射波來波方向固定情況下，載機與目標之間俯仰角越大，測角誤差越大[4]。同時載機與目標之間的俯仰角、目標入射波來波方向與干涉儀基線法線之間夾角增加也會導致測角交叉定位的誤差增大、收斂速度變慢。

根據一維干涉儀無源測向系統的測向誤差分析可知，在實際工程中應用一維干涉儀測向、定位時，應盡可能使得目標入射波來波方向接近干涉儀基線法線方位，同時應盡可能降低載機與目標之間的俯仰角（降低載機飛行高度、拉開與目標距離）。