[发明专利]基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪的测向方法

说明书

本发明涉一种基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪及其测向方法，其特征在于包括三个双极化超宽带喇叭天线单元、金属安装底盘和宽带微波吸波材料，其中双极化超宽带喇叭天线采用金属结构，两个极化端口正交放置，采用同轴线底部馈电，缝隙为连续渐变结构；天线单元底部为波导腔体结构，以实现阻抗匹配功能，腔体周围四个金属臂引入渐变结构，以进一步实现阻抗匹配，降低电压驻波比；天线的四个脊采用倒角处理，以降低两个端口的电压驻波比，本发明适用于星载、机载、弹载以其他相关的无线电测向系统，具有更为全面的参数测量功能和平台的适应性。

技术领域：

本发明涉及宽带双极化天线阵列传感器装置及其测向技术领域，具体的说是一种可用于雷达和通信等无线电系统中的基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪及其测向方法。

背景技术：

在无线电导航、电子侦察、电子跟踪和电子对抗等电子系统中，一个很重要的任务是测定目标的方位。测向的方法和种类很多，按天线的方向图大体可分为两类。一种是利用简单振子或天线阵列的一定方向性来测向；另一类是利用系统功能来测向，而对天线方向图没有特殊要求。前者通过旋转天线可找出某一方位天线感应电压最小，这种方式的测向的优点是：天线结构简单，尺寸小。缺点是：工作带宽窄，测向精度低。后者的测向体制可分为比幅法、比相法、比幅比相法、时差法和多普勒频率法等。干涉仪测向属于比相法的一种。相位干涉仪具有测向精度高、设备实现简单、测向速度快、平台适应性和移植性强等优点，已成为当前无线电测向领域的主流体制。

相位干涉仪体制一般采用两组互相垂直的天线进行航向角和俯仰角的测向。两组天线的组成和测向机理完全一致，以一维单基线相位干涉仪为例来说明的原理。如图1所示，单基线相位干涉仪由两个信道组成，射频辐射源辐射的平面电磁波，由与天线视轴夹角为θ的方向传播而来，它到达两个天线的相位差φ为：

式中：λ为辐射源的工作波长；L为两个天线之间的距离。

如果两个信道完全平衡，那么具有相位差为φ的两路信号，在鉴相器(相关器)中可取出相位差信息，再经过角度变换，得到辐射源的方向角θ。测角误差主要来源于相位测量误差Δφ声，忽略其他因素，测角误差公式可简化写为：

相位干涉仪通常采用多个天线构成天线阵来实现。按照天线阵布置形式的不同，有一维线阵、二维线阵、圆阵等多种形式。由于鉴相设备通常以2π为模，只能测量2π范围内的相位值，当天线之间的相对相位超过2π后，将会导致多值模糊。解模糊技术一直为相位干涉仪测角系统的工程应用所广泛关注，传统的解模糊技术包括基于长短基线、高低频率、单脉冲测角、测距、旋转基线和调频等六种方法。对于一维线阵相位干涉仪，单基线结构存在无模糊测量范围和测向精度的矛盾，因而通常采用多个天线构成多基线的配置形式。在应用多基线相位干涉仪时，需要解决的主要问题包括天线选择与设计、天线阵设计、以及测向算法设计。其中，相位干涉仪天线阵的设计不仅与天线尺寸、安装条件限制、测向性能指标等因素有关，还与选择的测向算法有关。多基线一维相位干涉仪有两种主要的解模糊方法：余数定理方法和逐次解模糊方法。基于余数定理的方法需要天线间距满足一定的参差关系，使得天线阵的设计受到限制；且由于需要进行多维整数搜索，随着基线长度的增加，导致搜索空间增大，计算量也会急剧增加。而逐次解模糊方法则通过长、短基线结合或构造虚拟基线的方式来解模糊，使得天线间距的设计较为灵活，且算法简单，容易实现。在根据逐次解模糊方法设计干涉仪天线阵时，一个重要问题是如何根据测向指标，如测向精度，相位误差等，确定天线数目，设计天线间距。现有的干涉仪设计方法没有公式给出天线阵参数与测向性能指标之间的解析关系，设计过程是采用“选择一验证”的迭代方式进行，而无法明确根据指标要求直接确定天线阵参数。

传统的相位干涉仪一般采用单极化天线形式，仅能感知和测量入射电磁波的单极化信息，并且目前的技术水平已经较为成熟，在目标检测、参数测量和跟踪等方面的而技术指标相对稳定；为了适应新一代电子侦察与测向系统的技术要求，具有更为强大的多参数参量功能的干涉仪系统已成为测向领域重要的发展趋势。