徐 立 顏 雨
(海軍裝備部,四川 成都 610036)
在高科技支持下的陸、海、空、天多維一體信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中,機(jī)載無(wú)源測(cè)向系統(tǒng)是獲取綜合態(tài)勢(shì)和目標(biāo)特性的重要裝備,對(duì)提高載機(jī)生存力發(fā)揮著不可替代的作用[1]。機(jī)載無(wú)源測(cè)向系統(tǒng)要求對(duì)輻射源進(jìn)行測(cè)向和定位,以獲取所需的電子情報(bào)。目前常用的機(jī)載無(wú)源測(cè)向體制主要是多通道干涉儀[2]、多通道比幅[3]等,相控陣體制的無(wú)源測(cè)向常采用和差波束[4]。
本文闡述了干涉儀測(cè)向、比幅測(cè)向與和差波束測(cè)向等機(jī)載無(wú)源測(cè)向系統(tǒng)常用測(cè)向技術(shù)基本原理,并進(jìn)行了測(cè)向誤差影響分析。最后根據(jù)幾種測(cè)向技術(shù)的工作特點(diǎn),分析了典型應(yīng)用場(chǎng)景,為無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)測(cè)向方案選擇提供參考。
干涉儀測(cè)向原理如圖1 所示[5]。當(dāng)來(lái)波信號(hào)從角度θ方向到達(dá)測(cè)向天線0 與天線1,則兩天線接收信號(hào)的相位差為:

圖1 干涉儀測(cè)向示意圖

式中:
λ為信號(hào)波長(zhǎng),單位m;
l 為天線基線,單位m。

相位無(wú)模糊時(shí)輻射源信號(hào)入射角度表示為:



當(dāng)輻射源信號(hào)與干涉儀天線視軸不在同一平面時(shí),按照公式(3)測(cè)量將會(huì)引入測(cè)量誤差,產(chǎn)生“圓錐效應(yīng)”。“圓錐效應(yīng)”示意圖如圖2 所示。

圖2 圓錐效應(yīng)示意圖
由于輻射源與干涉儀天線陣的距離遠(yuǎn)大于干涉儀天線基線長(zhǎng)度,輻射源信號(hào)真實(shí)方位角α、仰角β 與干涉儀測(cè)量方位角θ 存在以下關(guān)系:

圓錐效應(yīng)造成的測(cè)量誤差為:


圖3 多基線干涉儀測(cè)向示意圖
比幅測(cè)向利用相鄰天線接收信號(hào)的幅度差來(lái)實(shí)現(xiàn)輻射源信號(hào)的方位測(cè)量[7],原理如圖4 所示。兩個(gè)相鄰天線輸出表示為:


圖4 比幅測(cè)向天線方向圖
根據(jù)公式(10)與公式(11)取對(duì)數(shù)求差:

根據(jù)公式(12)求導(dǎo),比幅天線測(cè)向誤差表示為:




圖5 和差波束測(cè)向示意圖


圖6 和差波束矢量合成原理

則來(lái)波信號(hào)角度表示為:

根據(jù)公式(18),和差波束測(cè)向誤差表示為:

接收機(jī)噪聲歸一化差信號(hào)誤差σtan-1(Δ/Σ)取決于和通道信噪比:

將公式(20)代入公式(19),即由接收機(jī)引起的測(cè)角誤差:

和波束寬度可表示為:

將公式(22)代入公式(21),和差波束測(cè)向誤差表示為:


機(jī)載無(wú)源測(cè)向系統(tǒng)測(cè)向技術(shù)指標(biāo)包括測(cè)向精度、靈敏度、資源代價(jià)等。干涉儀測(cè)向測(cè)向精度、配置靈活、可兼顧天線尺寸與測(cè)向精度,但硬件資源相對(duì)較大、靈敏度相對(duì)較低;比幅測(cè)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕,但測(cè)向精度低、天線方向圖要求高;和差波束測(cè)向精度高、靈敏度高、天線方向圖要求低,但硬件資源大、陣列配置不靈活。針對(duì)3 種測(cè)向技術(shù)的優(yōu)劣對(duì)比,適用于不同的典型應(yīng)用場(chǎng)景,如表1 所示。

表1 測(cè)向技術(shù)對(duì)比分析
在高科技支持下的陸、海、空、天多維一體信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中,機(jī)載無(wú)源測(cè)向系統(tǒng)是獲取綜合態(tài)勢(shì)和目標(biāo)特性的重要裝備,對(duì)提高載機(jī)生存力發(fā)揮著不可替代的作用。本文闡述了干涉儀測(cè)向、比幅測(cè)向與和差波束測(cè)向等機(jī)載無(wú)源測(cè)向系統(tǒng)常用測(cè)向技術(shù)的基本原理,并對(duì)幾種測(cè)向技術(shù)的測(cè)向誤差進(jìn)行了分析。最后,通過(guò)3 種測(cè)向技術(shù)在測(cè)向精度、靈敏度、資源代價(jià)等方面優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析,給出了各自的典型應(yīng)用場(chǎng)景。無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)測(cè)向技術(shù)方案需要根據(jù)測(cè)向精度、靈敏需求、安裝平臺(tái)資源等等多個(gè)因素進(jìn)行選擇。