機(jī)載無(wú)源測(cè)向技術(shù)研究

徐 立 顏 雨

（海軍裝備部，四川 成都 610036）

1 概述

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。

2 干涉儀測(cè)向

2.1 干涉儀測(cè)向原理

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：

2.2 干涉儀測(cè)向誤差分析

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

3 比幅測(cè)向

3.1 比幅測(cè)向原理

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：

3.2 比幅測(cè)向誤差分析

根據(jù)公式（12）求導(dǎo)，比幅天線測(cè)向誤差表示為：

4 和差波束測(cè)向

4.1 和差波束測(cè)向原理

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：

4.2 和差波束測(cè)向誤差分析

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：

5 測(cè)向技術(shù)對(duì)比分析

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

結(jié)束語(yǔ)

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。