[实用新型]一种旋转多基线相位干涉仪测向天线阵

说明书

本实用新型提供了一种旋转多基线相位干涉仪测向天线阵，能够同时测方位角和俯仰角，采用较少的阵元天线和通道数即可完成高精度的测向。相比传统一维多基线天线阵可以同时测量方位角和俯仰角；本实用新型还包括一对电磁铁，一个设置在底座上，靠近旋转机构，另一个对应设置在一维天线阵上，且位于一维天线阵的基线上。采用电磁铁确定基线初始旋转位置，便于方位角的确定。本实用新型采用四阵元天线，天线阵通道数既不会过多导致资源浪费，也不会过少而导致测向精度不高。

技术领域

本实用新型涉及相位干涉仪测向技术领域，具体涉及一种旋转多基线相位干涉仪测向天线阵。

背景技术

相位干涉仪测向作为电子信号侦察领域中常用的无源测向方法，利用多个天线阵元天线间侦收信号的相位差进行到达方向(DOA)估计，可以在较短的天线基线条件下，实现对目标信号的高精度测向。干涉仪测向方法具有测向精度高、硬件资源要求低、实时性好、适应频带宽等优点。天线阵的布阵设计是影响干涉仪测向精度和解模糊能力的重要因素，传统一维单基线相位干涉仪在低频段由于长基线电长度短，干涉仪测向精度低，因此希望干涉仪的长基线尽可能长，在高频段干涉仪短基线电尺寸长，可能导致测向模糊。相位干涉仪测向技术中常见的测向模糊问题是由于鉴相器提取的信号相位差只能在[-π,π]范围内，对于由两个天线构成的单基线，当基线长度大于半波长时，相位差实际值超出[-π,π]，鉴相器输出的相位值会以2π为周期翻转，导致所求角度不是唯一值。测向模糊本质上可以认为天线阵接收两个不同来波方向的信号，由于鉴相器的物理原因导致接收端所获得的信号幅度响应、相位响应相同，导致从幅度和相位上无法区分两个来波信号。通过合理配置多基线，可以兼顾测向精度和解模糊能力。

针对相位干涉仪测向技术存在的相位模糊问题，产生了多种由多个天线组成的多基线天线阵，常见的一维多基线阵有长短基线、虚拟基线、参差基线等天线阵，除一维天线阵外还有立体基线以及均匀圆阵等，除了多基线天线阵，还有单基线旋转天线阵。

长短基线法构造的天线阵是利用长基线和短基线的组合来解相位模糊的测向天线阵，短基线长度小于入射信号半波长，因此用短基线可以解相位模糊，长基线可以保证测角精度。参差基线法构造的天线阵是根据中国余数定理而来的，要求基线长度满足互质关系。虚拟基线法构造的天线阵是将两个基线的相位作差得到一个相当于此相位差的短基线，这个短基线的等效尺寸小于入射信号最高频率波长的一半，从而扩大无模糊的视角范围。立体基线相比于一维天线阵是一种天线摆放形式比较灵活的天线阵，所有阵元天线不需要摆放在同一平面内，同时天线间距不受宽带入射信号波长的限制，可实现宽频带测向。均匀圆阵常见的有五元阵和九元阵，排列形式为圆阵，天线阵元天线的分布是均匀的。旋转单基线天线阵通过固定在一条基线两端的两个天线盘绕轴线的旋转来接收辐射信号，进而实现来波角度的测定。

传统一维多基线天线阵普遍存在的一个问题是无法同时测定来波方位角和俯仰角，只能测一维的俯仰角。除此之外，长短基线法构造的天线阵需要最短基线的长度必须小于目标辐射源的半波长，当辐射源所处的频段位于中高频，其波长很短，这就要天线间的间距很短才行，但是在实际工程安装时是不可能实现的，所以长短基线天线阵的应用范围很窄，只适合低频段信号的测向。

虚拟基线天线阵和参差基线天线阵很好地解决了长短基线天线阵的应用弊端，天线基线间距没有必要小于目标辐射源的半波长，但是，参差基线天线阵天线之间的距离必须满足互质的关系，这使得我们不能随意摆放天线，并且天线盘体积的限制会较大的影响测向精度；虚拟基线天线阵，由于其测向精度不是很高，决定了次长基线的长度不能过长，保证测向精度的最长基线越长就需要越多的阵元天线进行辅助解模糊，这给系统设计带来了挑战。

立体基线天线阵和均匀圆阵通常使用的天线个数较多，在有限的天线盘体上，摆放的天线个数较多，通道数也较多，给系统的通道一致性提出了更高的要求，波阵面也越容易出现畸变，使相位差出现测量误差。旋转单基线天线阵利用两个阵元天线绕基线中心点的的旋转可以测量来波方位角和俯仰角，虽然使用通道数较少，但在某些特殊角度下会出现测向错误的情况，且相邻脉冲间的相位差变化不能超过π，否则也会出现测角错误的问题。

实用新型内容