数字干涉仪测向方法应用研究

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干涉仪测向作为电子侦测系统常用的无源测向方法,利用多个天线阵元间侦收信号的相位差进行信号到达角度估计,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。数字式干涉仪采用高速、高精度数字信号处理方法,可以实现比模拟鉴相方法更高的相位差测量精度,因此得到日益广泛的应用。采用一对天线阵元对信号进行侦收测向时,如果天线阵元的间距(即天线基线长度)大于侦测信号的半个波长,利用两个天线阵元接收信号的相位差进行信号到达角估计时,就会发生相位模糊(出现多值),难以正确判断目标信号的真实到达角。由于电子侦测系统通常需要在很宽的频率范围内工作,同时为了提高天线阵元增益和增加阵元间侦收信号的相位差以利于提高测量精度,天线阵元必须保证足够大的间距,不能靠减小天线阵元间距来消除模糊。为了实现对宽频带范围内目标信号到达角的精确估计,干涉仪测向电子侦测系统首先必须解决信号测向中的相位模糊问题。本论文主要研究采用多阵元天线的数字干涉仪电子侦测系统对信号到达角的精确估计算法及其相位模糊解决方法。参差基线解模糊算法,将干涉仪测向电子侦测系统的多个侦收天线阵元按照参差基线的布放间隔设计,可满足高达倍频程带宽的不同频率信号的侦收测向要求,同时天线阵元布阵比较自由。本论文着重讨论参差基线法解信号相位模糊的实现算法,给出了两种参差基线无模糊的条件,针对一种采用四阵元天线的干涉仪测向电子侦测系统,给出无测角模糊的天线阵元布局和参差基线设计,并对不同信噪比条件下的无模糊测向算法的精度进行了仿真分析。频率估计算法可为干涉仪测向提供所需的信号波长值,对于干涉仪测向精度具有重要的影响,本文讨论了相位干涉瞬时测频方法,着重介绍了基于DFT频谱的频率估计方法。针对常用的Rife方法的不足,研究了改进的M-Rife迭代算法,同时提出了基于频谱复插值的频率估计方法,并对各种算法进行了仿真分析。针对宽频带干涉仪测向系统的工程实现需求,研究了欠采样结构的干涉仪测向系统频率测量算法,利用鉴相精度与采样率无关的特点,提出了欠采样条件下的双通道频率测量算法,并进行了仿真分析。本论文最后结合某实际电子侦测系统的高精度测向需求,设计了一个数字干涉仪测向系统,该系统天线采用一组四个天线阵元,以满足对频谱在1GHz到2GHz范围内信号的高精度无模糊测向要求。设计研制了多通道高精度定时系统和基于FPGA及商用ARM处理器的实时信号测向处理系统,并基于FPGA设计实现了频率估计Rife算法,针对ARM处理器,用C语言编程实现了解模糊算法。
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