《基于剩余定理的数字干涉仪设计与实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于剩余定理的数字干涉仪设计与实现（3页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、基于剩余定理的数字干预仪设计与实现 摘要：通过介绍一套外场应用条件下基于剩余定理的多基线数字干预仪系统设计、仿真、实现和实验结论，说明剩余定理应用于干预仪设计具有较为严密的逻辑性和准确性。将数字接收技术引入干预仪系统合理可行，并且保证了较高性能，符合电子对抗开展趋势，使系统设计方法更具借鉴意义。该干预仪采用超宽带数字技术实现，数字中频带宽到达400MHz，已应用于某单站定位试验系统，效果良好。关键词：剩余定理；数字干预仪；解模糊；测向精度中图分类号：TN710?34文献标识码：A文章编号：1004?373X202115?0023?05Designandimplementationofdigit
2、alinterferometerbasedonremaindertheoremLUOBing，LIUHe?zhou，LUOJin?chuanEastChinaResearchInstituteofElectronicEngineering，CETC，Hefei230031，ChinaAbstract：Thesystemdesign，simulation，implementationandexperimentconclusionofamultiplebaselinedigitalinterfero?metersystemtoensurethehighperformanceisrationalan
3、dfeasible，andisinlinewiththedevelopmenttrendofelectroniccountermeasures，whichmakesthesystemdesignmethodismoresignificance.TheultrawidebanddigitaltechnologyisadoptedtoimplementtheinterferometerwithdigitalIFbandwidthof400MHz.Ithasbeenappliedtoasinglestationpositioningexperimentsystem，anditsapplication
4、effectisgood.Keywords：remaindertheorem；digitalinterferometer；ambiguityresolution；direction?findingaccuracy0引言测向DF系统在现代EW系统中主要完成辐射源到达方位AOA测量。在辅助分选捷变频雷达信号、区分位置靠近的通信辐射源时，AOA是一个不容易瞬变的分选参数，地位和作用度非常突出。常见的DF系统从技术实现上分，主要有比幅、比相干预仪、时差、多普勒等几类。综合体积、重量、测向精度、检测能力要求、技术成熟度、适应面等诸多因素，干预仪是一种值得推广的测向系统。干预仪DF精度由最长基线对决定，同
5、时受到相位差的量化误差、器件一致性不好引起的相位偏差、不完全的频率校正、接收机热相位噪声等因素的限制。传统的干预仪采用模拟方式实现，也就是相位检测主要在模拟通道局部完成，仅就相关接收机局部带来的不一致性误差就可能到达9左右【1】。这会对高精度干预仪的设计在体积、重量、精度、方位频率覆盖范围方面的平衡带来较大的挑战。随着电子技术的不断进步，电子系统的数字化已是大势所趋。为尽量防止模拟通道的弱点，接收通道目前的实现趋势是将数字局部尽量前移，以致在较高的频率和较大的带宽上替代传统的模拟变频器，这就是数字或软件收发技术。通道采用数字技术实现带来的一个便利就是可以较为精确的测量、控制和补偿模拟通道带来的
6、许多不平衡误差，而且每个通道均可以成为独立有效的多用途通道，因为信号在数字局部实行分流不会对信号保真度产生影响。干预仪采用数字接收技术实现无疑会大大提高通道的相位检测精度及补偿能力，极大地缓解剩余相位误差对干预仪系统体积、重量、精度方面的限制，为高精度干预仪小型化奠定根底。为此，特介绍一个数字多基线干预仪设计实现以及实际使用效果。1多基线干预仪原理与设计众所周知，干预仪是基于相位的处理系统，存在一个频率、方位、基线长度变化条件下的相位与方位关联引起的360模糊周问题并引起测向错误，需要采用多基线来解相位模糊，从而准确和最大限度地保障测向精度。解模糊的根本技术手段主要有：整数倍多基线法、虚拟基线
7、法、剩余定理等，扩展的方法那么有立体基线，多体制辅助等2-3。其中剩余定理法算法支撑度稍高，设计技巧依存度就低，容易快速进入干预仪原理设计阶段【4】。如图1所示，干预仪基线分别为Dnn=1，2，N，波长为的信号对应基线Dn的最大不模糊视角为arcsin2Dn，基线Dn对应的解模糊相位差为：?n=2Dnsinmod21图1多基线干预仪天线阵示意图引入基线对应模糊数ki，那么存在模糊的方位角表达式为：sin=knDn+?n2Dn2当求解出模糊数ki，那么就存在惟一正确的解，并可以用剩余定理求出。实际情况在于存在噪声和误差，无法满足整数剩余条件，不妨引入：n=?n+2kn，n=1，2，N3假设12n
8、=P1P2Pn，P1，P2，Pn为互质整数，那么可求出理想解；噪扰条件下，可以求出一组比值为k1k2kn的整数，与P1P2Pn最接近，从而求出方位角。求解根本原理如下：对于第n和第m个干预仪有n，m=1，2，N：Lmn=Pm?n+2knLnm=Pn?m+2km4无噪扰条件下，任意m，n都有Lmn=Lnm成立。噪扰条件下，使得Lmn-Lnm2最小的k1，k2，kn那么是正确解。解模糊的公式是：k1，k2，kN=argmink1，k2，kNn=2Nm=1n-1Lmn-Lnm25通过搜索法得出方位角的最小二乘估计：=arcsinn=1N2Dnnn=1N2Dn26引入相位干预仪噪扰因子vn，角度估计误
9、差那么为：=-=n=1N2Dnvncosn=1N2Dn27如果vn为独立同分布的，且方差为2v，那么角度估计方差为：Var=E-2=2vn=1N2Dn2?cos28如果相位差噪声vn的限制为-q，q，为便于分析，进一步假设是一个0均值高斯过程且方差为v，那么正确解模糊的根本要求为：qmingcdpn，pn+1pn+pn+1，式中：为概率调节常系数，取3可以得到较高的解模糊概率99%以上。如果希望正确率更高，可以取更大值，设计实践中需要均衡考虑。噪扰条件下，N基线干预仪测向的最大不模糊方位角需要sin的绝对数值控制范围为：qDnPn，4q?i=1NPi-q?DnPn10综上所述，拥有一套较为完整
10、的多基线干预仪设计控制手段。为此，不妨设计一个三基线干预仪。条件如下：频率覆盖28GHz，测向精度1rms，方位覆盖大于60，最短基线不能小于200mm，假设噪声最大扰动10，解模糊概率优于90%。据上条件，定基线为0.670.50.29=347。参考式9，验证本设计可以满足解模糊条件，如果噪声扰动规律符合正态分布律，将获得超过90%解模糊概率。参考式7，基线确定的干预仪最低精度和最高精度分别由最低频率和最高频率决定，选2GHz和8GHz代入公式得出两个频率点的最大测向误差偏离法向30处分别为0.5和0.1，满足设计要求。参考式10，认为最高频率模糊周最大，通过核算发现在8GHz条件下，相应的
11、数字范围可以涵盖sin的值域。进一步通过频率方位仿真验证以上结论，仿真图如图2，图3所示。从仿真图可以看出干预仪基线设计满足要求，并且呈现与理论分析相关联的特性：测向精度根本与相位扰动成反比，关系呈线性；解模糊能力也与相位扰动成反比例关系，但当相位扰动小于一定数值时，性能将呈现一个阶跃性提高，比方：相位扰动小于5，一定的设计条件下，解模糊性也会出现跳跃性的恶化，比方：本设计中相位扰动超过15。相关文献指出，相位扰动与系统的信噪比对应，一般说来满足SNR优于20dB以上，系统精度和解模糊性能不容易恶化，仿真支持这个判断。2数字干预仪系统实现简介侦察系统拥有较高的精度和灵敏度在信息收集上往往处于有
12、利地位。对于电子战侦察系统，那么需要覆盖更多频段和大瞬时带宽，这就需要在高灵敏度和宽覆盖上折衷。为此往往引入超外差接收和信道化技术，数字接收机技术那么是面向未来的电子战接收机【5】。本系统天线采用平面螺旋天线，工作频段28GHz；通道那么采用超外差技术实现频段覆盖，采用数字中频率接收和数字信道化技术到达兼顾宽瞬时带宽和提高灵敏度、分流多信号的目的。系统实现原理框图如图4所示。测向系统几个关键环节简要介绍如下：天线阵由几个平面螺旋单元组成，平面螺旋天线是成熟技术，一般覆盖218GHz，本系统根据要求定向开发28GHz频段设计应用；射频RF通道分前端和变频两大局部组成，前端包括低噪声放大、开关选通、AGC等功能子构成，变频局部采用外差式接收技术实现便于频段扩展，射频通道的设计也具备218GHz的频段扩展能力，输出中频IF根据ADC的能力选定为900MHz。系统采用“全数字方式实现，中频IF带宽400MHz，可以覆盖一部常规监视雷达工作带宽，具备较快的反应速度；IF选900MHz，带宽400MHz对ADC是个较大挑战，采样频率选1.2GHz可以满足带通采样律和数字下变频DDC需求。
基于剩余定理的数字干涉仪设计与实现
