机载无校准干涉仪系统对固定目标的定位

孟涛，胡秀寒

（中国电子科技集团公司第二十九研究所，四川成都 610036）

0 引言

相位干涉仪系统具有空域覆盖宽、多目标侦察等特点，目前已经在信号侦察、测向等领域广泛应用［1-2］。采用多基线干涉仪，利用方位解模糊算法，可以同时兼顾干涉仪的测向空域覆盖和测向精度。数字接收机是通过测量干涉仪各通道信号的相位差来获得目标方向，因此通道相位一致性对测向结果影响很大［3］。通过对干涉仪通道的相位差进行校准补充，可以准确地定位目标［4-5］。工程应用中，在某些特殊情况下，可能出现校准功能异常，例如校准源故障、校准码表清空等。为提高干涉仪系统的稳定性和可用性，在校准功能异常或无校准数据时，干涉仪系统也应保留一定的侦察定位功能。

针对机载干涉仪系统，创新性地提出了一种无校准的固定目标定位方法。首先对所提定位方法的原理进行详细介绍，然后利用试验飞行数据，验证所提定位方法的正确性。

1 原理介绍

在无校准干涉仪系统中，各通道间不可避免地会存在误差：

式中，ΦT为测试的相位差，ΦR为目标方位引起的真实相位差，ΦE为干涉仪因相位不一致引入的固有相位差。测试的相位差随移动距离的变化率Φ′T，其值与固有相位差ΦE无关。因此利用相位差变化率对目标进行定位时，可以避免相位误差带来的影响。图1所示为机载干涉仪对固定目标定位原理图。

图1 机载干涉仪对固定目标定位原理图

载机与目标之间的距离为［6-7］：

式中，d为干涉仪基线长度，VA为载机速度，θ为目标与干涉仪法线的夹角，λ为信号波长。其中，干涉仪基线长度d为已知量，载机速度VA可通过惯导和飞行参数获得，信号波长可由数字接收机精确测得λ。方便起见，令K=2πdVA/λ，则式（2）可以简化为：

这样在干涉仪空域覆盖范围内，对于不同的目标方位，即可获得一条“距离-角度曲线”，如图2所示。并且，当角度θ为0时，可以获得法向距离，记作D0。

图2 方位-角度曲线

也就是说，目标可能的距离仅与其可能的方位有关。比如，如果目标在天线基线的法向上，那么距离载体的距离为Κ/Φ′T，如果在基线法向的45°处，距离将降为K/(2Φ′T)，缩短了一半。

载机在飞行过程中，在任一位置可以获得一条的“距离-角度曲线”。例如，对于相距为L的2个点O1和O2，根据这2个点处的相位差变化率，可以得到2条“距离-角度曲线”，如图3所示。2条曲线的交叉点S，即为真实的目标位置。至此，实现了机载无校准干涉仪系统对固定目标的定位。

图3 距离-角度曲线交叉定位

需要说明的是，以上讨论假设天线布置与机身平行。更一般的情况是，天线与机身存在一定的夹角ρ，此时式（3）变为式（4）：

2 试验描述

2.1 试验场景

为验证提出的无校准干涉仪系统定位方法的正确性，利用试验飞行的数据，进行处理分析。试验场景如图4所示，配试目标为T，载机沿跑道型进行飞行。以某一单边A、B两点为例，相关飞行参数及干涉仪系统参数如表1所示。为方便描述，以A为坐标原点，以载机飞行方向为x轴建立坐标系。此次试飞中，干涉仪尚未进行校准。

图4 试验场景图

表1 飞行参数及干涉仪系统参数

2.2 数据处理

对A、B两点的信号脉冲数据进行处理，获得相位差随距离的变化率Φ′T，如图5所示。其中图5（a）为A点采集的数据，图5（b）为B点采集的数据。对采集的数据进行线性拟合，可以获得在A、B两点的3个基线的相位差随距离的变化率Φ′TA1、Φ′TA2、Φ′TA3，Φ′TB1、Φ′TB2、Φ′TB3，分别为3.164、7.111、11.76、2.479、5.564、9.262，单位10-5/m。根据式（4），可以获得A、B点各基线的法向距离D0，如表2所示。

表2 数据处理过程数据

图5 实验数据及相位差随距离的变化率

2.3 定位结果

以A点为原点，AB方向为-x方向建立坐标系，计算A、B点同一基线的交叉点S1、S2、S3，如图6所示。图6（a）为3个基线的“距离-角度曲线”，图6（b）为局部放大图。根据实际目标点坐标位置，将目标T也标注到图中。计算可知，交叉点S1、S2、S3与目标T的实际位置相差分别为5.19 km、5.87 km、2.93 km，对应的定位误差分别为2.5%、2.8%、1.4%。

图6 A、B点的3基线“距离-角度曲线”

因此，试验结果表明：提出的无校准干涉仪系统定位方法是正确可行的，定位精度优于3%。

3 结束语

针对机载无校准干涉仪系统，为提高其稳定性和可用性，本文创新性地提出了一种对固定目标的定位方法，并利用试验飞行数据进行了实验验证。结果表明，所提出的方法可以在无校准条件下实现机载干涉仪对固定目标的定位，定位精度优于3%。该方法可以推广应用到其他机动平台的侦察领域，在校准功能异常或无校准数据时，实现对固定目标的准确定位。■