[发明专利]基于脉冲信号的旋转基线干涉仪相位标校方法

说明书

本发明提供了一种基于脉冲信号的旋转基线干涉仪相位标校方法，能够消除测角误差积累，提高系统测角正确率，保证测角结果误差最小。在基线转速设置为一秒旋转一周下，针对传统在第一次搜索到脉冲信号后就开始持续采集数据的方法容易产生误差积累的问题，本发明通过每两秒钟搜寻一次旋转基线相位干涉仪脉冲信号来消除测角误差积累，提高系统测角正确率；针对传统每搜索到一次脉冲信号采集一秒数据的方法，数据采集初始时刻可能处于脉冲信号中间导致测角错误的问题，本发明通过每两秒钟搜寻一次旋转基线相位干涉仪脉冲信号来消除方位角偏移，保证测角结果误差最小。

技术领域

本发明涉及相位干涉仪测向技术领域，具体涉及一种基于脉冲信号的旋转基线干涉仪相位标校方法。

背景技术

旋转相位干涉仪测向方法是通过天线盘绕轴线的旋转，使阵元间真实相位差按余弦规律变化，进而判断极值求出无模糊相位差，实现解模糊的方法。旋转基线法可以同时测量方位角和俯仰角。由旋转基线相位干涉仪测角原理可知，方位角的求取和基线从初始位置旋转到相位差最大值的时刻有关，因此初始位置的标定非常重要，现在多采用脉冲信号进行相位标校。每当基线旋转一圈就会触发一次脉冲信号，将产生脉冲信号的时刻标校为基线旋转初始时刻，同时也是余弦曲线每个周期开始时刻，通过判断一个周期内曲线波峰距离该周期起始时刻基线转过的角度即可求得方位角。

在实际测向时，AD采集卡采样率为50Msps，即每个阵元接收的信号每秒采集50MB数据，图1所示为系统中某一路天线信号与脉冲信号耦合后的时域波形。由图1可知，在4秒200MB的数据中脉冲信号出现四次，也即基线旋转了四圈，因此图2中相位差余弦曲线有四个周期，且图2中基线旋转0度时刻就是图1中第一个脉冲信号出现的时刻。由图1中天线信号耦合脉冲信号后的时域波形可知，脉冲信号并非一个毛刺，而是持续了一段时间，将脉冲信号持续时间导出到Matlab工作区，如图3所示，可以看到脉冲信号持续大概14个采样点，由此可得脉冲信号持续时间大约14/50000000＝26us。

通常情况下会在基线旋转平稳后，将系统搜索到的脉冲信号第一个值出现的时刻作为采样的起始时刻和基线一周旋转的起始时刻，旋转基线相位干涉仪通过计算出现相位差最大值时基线相对于旋转起始点转过的角度判断来波方位角。AD采集卡采样率为50Msps，基线转速设置为一秒旋转一周，因此基线旋转一周采集卡采集50M采样点。假设采集卡时钟域与基线旋转时钟域完全同频，采集数据的过程中，每一次采样时第一个采样值都刚好是脉冲信号的第一个值，则数据采集与脉冲信号搜寻过程及来波方位角的对应关系如图4所示。由图4可以看出，每一次AD采集卡开始采集数据时，脉冲信号刚好产生，余弦波在一次采集过程中刚好完成一个周期，因此每一次采样时相位最大值出现的时刻相对于数据开始采集时刻的时间间隔恒定，所求得的方位角也恒定，不会出现误差。

但是由于采集卡和基线旋转伺服电机有各自的时钟域且两者时钟并不完全同频，导致脉冲信号出现的时刻与采集卡采集数据的初始时刻出现偏差。AD采集卡采样率为50Msps，因此每秒采集信号数据量始终为50M；然而控制基线旋转的伺服电机由于容易受外界环境干扰而产生抖动，这就造成了理论上一秒旋转一周的基线因抖动而延迟或者提前几纳秒或者几微秒。传统的标校方法有两种：一是在第一次搜索到脉冲信号后就开始持续采集数据，不再搜索脉冲；二是每搜索到一次脉冲信号采集一秒数据。这两种方法存在如下问题：

在第一次搜索到脉冲信号后就开始持续采集数据的方法中，随着时间积累脉冲信号的累积延迟时间越久，相位最大值出现时刻也会越往后移或往前移，最终导致测角结果出现较大漂移。

每搜索到一次脉冲信号采集一秒数据的方法，虽然有些情况下测角正确，但在数据采集初始时刻处于脉冲信号中间时不能正常测角，存在很大的测角错误概率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于脉冲信号的旋转基线干涉仪相位标校方法，能够消除测角误差积累，提高系统测角正确率，保证测角结果误差最小。