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1、电子科技大学 硕士学位论文 干涉仪技术与宽带测向系统研究 姓名：黄琪 申请学位级别：硕士 专业：信号与信息处理 指导教师：何子述 20100501 摘要 摘要 干涉仪是一种发展较为成熟的测向体制，它利用不同入射波到达天线阵时， 空间上各测向阵元接收到的相位不同，从而阵元间相位差不同，测定这个相位差 即可确定来波方向。相关干涉仪是干涉仪技术的其中一种，它利用将实测相位差 同已有样本库作比较的方法来获得信号的角度信息，省去了直接计算的麻烦。相 关干涉仪是近年来兴起的测向技术，在国际电信联合会编写的频谱检测手册中， 它属于高精度测向体制。 随着宽带通信技术的飞速发展，对宽带信号入射角度的测量与跟踪已
2、变的越 来越重要。干涉仪测向以其抗干扰性能强、测向准确度与灵敏度高，测向可测仰 角、对极化误差不敏感等特点已经被广泛应用于各种宽带通信或雷达检测系统中。 特别是相关干涉仪，以其测向速度快、精度高的特点，已成为当前主流宽带高速 测向系统的核心测向技术。以相关干涉仪为主，辅以其它测向体制，可以实现宽 频带内多信号的实时监测、分析与跟踪。 本文围绕宽带干涉仪测向为中心，详细介绍相位干涉仪和相关干涉仪。主要 包括其系统构成、算法原理与系统测向精度分析。 首先以一维单基线干涉仪为例，介绍了相位干涉仪系统的测向原理。通过对 推导过程的分析，引出了其存在的两大问题，即“镜像模糊“ 与“相位模糊“ 。为 克服
3、这些问题，文章给出了二维多基线测向系统，再配合相关的解相位模糊算法 即可获得正确入射角度。以二维多基线测向系统为基础，利用长短基线解模糊， 再加上F F T 技术即可实现宽带相位干涉仪测向系统。 测向系统的测向精度跟很多因素都有关系，要获得理想的测向效果，就需要 弄清这些因素对测向精度的影响。文章推导了入射角度、短基线长度、长基线长 度、信噪比、阵元位置、系统误差等因素对相位干涉仪测向系统精度的影响。其 中长基线与信噪比的关系是以大量独立实验结果进行曲线拟合后的函数为基础进 行推导而来，阵元位置的影响则借助极大似然估计法估计出随机入射信号的角度 的方向余弦均方误差而来。 宽带相关干涉仪是本文的
4、重点内容。文中随后详细介绍了相关干涉仪测向原 理，并结合信道化技术给出了基于信道化结构的宽带相关干涉仪测向算法。针对 直接相关运算在某些频域范围内无法测向俯仰角的问题，文章给出了基于差向量1 I 摘要 范数的改进算法。最后利用之前相位干涉仪的误差模型，结合信道化对信噪比的 影响，推导出了天线孔径、阵元数、信噪比以及信道数与测向精度的关系式。 文章最后以笔者亲自参与研制的基于相关干涉仪的高速宽带测向系统为基 础，详细介绍了系统的基本原理与软硬件实现方案。而后以固定频率模式为例， 详细介绍了系统的工作流程。针对测向时间这个重要的技术指标，文章提出了两 种系统实现方案。以方案一为基础，文章详细介绍了
5、测向算法的软件实现。 关键字：干涉仪，相位差，宽频带测向 A B S T R A C T A B S T R A C T I n t e r f e r o m e t e rh a sb e e naw e l ld e v e l o p e ds y s t e mi nd i r e c t i o nf i n d i n g A c c o r d d i n g t o p h a s ed i f f e r e n c e sw h i c hw e r er e c e i v e e db ys o m ea n t e n n ae l e m e n t sw h e
6、 ne x p e c t e d s i g n a l sa r r i v et h ea r r a y , w ec o u l dg e tt h eD O Ai n f o r m a t i o nb yd e t e r m i n i n gt h o s e d i f f e r e n c e s C o r r e l a t i o ni n t e r f e r o m e t e ri so n eo ft h ei n t e r f e r o m e t e rd i r e c t i o nf i n d i n g t e c h n o l o
7、 g i e s ，i to b t a i n sD O Ai n f o r m a t i o ni nam o r ec o n v e n i e n tw a y , i n s t e a do f c o m p u t i n gd i r e c t l y , i tc o m p a r e sd e t e r m i n e dp h a s ed i f f e r e n c e sw i t l ls a m p l e si nt h e s t o r a g e A l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m
8、e n to fw i d e b a n dt e l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , g e t t i n gD O A i n f o r m a t i o no fw i d e b a n ds i g n a li sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t I n t e r f e r o m e t e rh a sb e e nw i d e l yu s e di nt h ew i d e b a n dr a d r aa n dt e
9、l e c o m m u n i c a t i o n s s y s t e mf o ri t sm e r i t ss u c ha s ：h i g hp e r f o r m a n c eo fa n t i - j a m m i n g , h i 曲s e n s i t i v i t ya n d a c c u r a c y , a v a i l a b l ef o rp i t c ha t t i t u d ed e t e r m i n i n g ，i n s e n s i t i v eo fp o l a r i z a t i o ne
10、 r r o r P a r t i c u l a r l yc o r r e l a t i o ni n t e r f e r o m e t e ，f o ri t sh i g hs p e e da n da c c u r a c y , i tt a k e st h ec o r e p o s i t i o ni nw i d e b a n dd i r e c t i o nf i n d i n gs y s t e mn o w a d a y s C o r r e l a t i o ni n t e r f e r o m e t e a i d e d
11、w i t ho t h e rd i r e c t i o nf i n d i n gm e t h o d sc o u l dr e a l i z er e a lt i m em o n i t o r i n g ，a n a l y z i n g a n dt r a c i n gf o rm u l t i p l es i g n a l si nw i d e b a n df r e q u e n c ya r e a T h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yf o c u so nw i d e b a n di n
12、t e r f o r m e t e r I tw i l li n t r o d u c ep h a s e i n t e r f e r o m e t e ra n dc o r r e l a t i o ni n t e r f e r o m e t e r , i n c l u d i n gm e i rs y s t e m c o n f i g u r a t i o n , a l g o r i t h ma n da c c u r a c ya n a l y s i s F i r s to fa l l ，t h ep r i n c i p l e
13、o fp h a s ei n t e r f o r m e t e ri s p r e s e n t e dt h r o u g h1Ds i n g l e b a s e l i n ei n t e r f o r m e t e rs y s t e m A f t e ra n a l y z i n gi t s d e d u c i n gp r o c e s s ，t w op r o b l e m a p p e a r s ，f i r s t ：P h a s eA m b i g u i t y a n ds e c o n d ：M i r r o r
14、 i m a g eA m b i g u i t y T os o l v e t h e s ei s s u e s ，2 Dv a r i a b l eb a s e l i n ei n t e r f e r o m e t e rs y s t e mi sb r o u g h t e d W h e n2 D v a r i a b l eb a s e l i n ei n t e r f e r o m e t e ra c c o m p a n i e db yD T F p r o c e s s i n g ，i tc o u l df i n a l l yc
15、 o m e i n t ot h es t r u c t u r eo f w i d e b a n dp h a s ei n t e r f e r o m e t es y s t e m A1 0 to ff a c t o r sc o u l de f f e c tt h ed i r e c t i o nf i n d i n gr e s u l t i no r d e rt oo b t a i nt h e i d e a lo n e ，i t Ss t r o n g l yr e c o m m a n dt h a tw em a k et h er e
16、 l a t i o nb e t w e e nt h e mc l e a r T h i s d i s s e r t a t i o nd e d u c e st h er e l a t i o no fs o m ef a c t o r ss u c ha s ：i n c i d e n ta n g l e ，l e n g t ho fs h o r t I 丌 A B S T R A ( 了r a n dl o n gb a s e l i n e ，S N R , p o s i t i o no fa r r a ye l e m e n t s ，s y s t e me r r o r A m o n gt h e m ，t h e r e l a t i o nb e t w e e nl e n g t ho fl o n gb a s e l i n ea n dS N Ri sb a s e do nt h eC U l V ef i t t i n gm e t h o
