基于测距与干涉式测向结合解决多值方法 激光干涉测距

  摘 要:为了解决安装环境有限,不能应用多天线组成的天线阵问题,达到小空间还能采用干涉式测向系统的目的,采用测距与干涉式测向相结合的方法,解决该问题。经过实际应用试验,获得较为理想应用效果,该方法具有工程实践、推广意义。
  关键词:测距;干涉式测向;相位多值
  在干涉式测向方法中需要多根天线组合应用实现测向目的,其中多根天线之间的多基线可以提高测角精度,不出现多值模糊,但是多基线比相测角系统工作时需要多根天线布置在同一平面,占用的体积较大,要求较高,针对运动型的平台存在着安装困难的情况。综合考虑应用便利性、测向精确性、安装可行性等多方面因素,在运动平台上采用了测距与比相相结合的方案消除相位干涉仪的多值模糊。
  利用测距测出运动平台的运动方向(前向或者后向),采用比向测角的方式测出模糊值,去除不合理的,留存正确的,达到准确测向的目的。
  2 解决相位多值的办法
  干涉测向一般采取多天线的方式实现测向,多根天线构成的天线阵长短基线不同,可以从根本上解决相位多值模糊的问题。但是天线数量的增加意味着安装面积的增大,这样就对应用环境有了比较苛刻的要求,而在飞机、汽车等平台上由于有效安装面积较小,不能采取多天线阵方式实现干涉式测向。本文提出一种采用两根测向天线构成天线阵实现干涉式测向的方法,这样可以大大节省安装空间,对安装要求不是很苛刻。
  采用两根测向天线构成天线阵,能够实现干涉式测向,但是也能够带来新的问题,即采用两根测向天线,没有其他参考量,出现无法确定目标前位于定位天线前后的问题。
  从图2可知双天线测向时会产生一对对称值,即第一象限和第三象限,或者第二象限和第四象限,这样成对出现的测量结果,无法分辨出究竟目标点在前还是在后。针对该现象,采用双天线测向的设备进行如下改进:
  (1) 设置基线长度在λ/4~λ/2之间,尽量接近λ/2,这样可以避免出现相位多值模糊的的现象。
  (2) 安装双天线测向设备的飞机、汽车在静态情况下是无法分出定位目标点前后的,需要使其具有一定的速度。
  (3) 增加测距设施。
  在一般使用过程中测距功能的实现主要采取两种办法:
  3 实际应用效果
  采用测距方法判断双天线测向设备背向还是面向目标点运动,剔除双天线测向的双解中不合理解的方法,经过大量试验验证行之有效。
  试验结果如图3所示:两根测向天线基线的中垂线与飞机、汽车中轴线重合,即按照360°角度划分方法,车头方向为0°,车尾方向为180°。按照上述规定,实际应用过程中,在小角度0°~70°,110°~250°,290°~360°范围时测向精度高,能够满足正常使用需求,但70°~110°或250°~290°大角度时,即相当于两根测向天线连线的延长线上,出现较大误差。分析原因:
  根据干涉测向原理可知,干涉式测向方式是利用发射源到两根测向天线的波程差实现定位,当发射源处于0°~70°、110°~250°、290°~360°之间时,波程差容易计算,所以测向精度高;当发射源处于70°~110°、250°~290°时,就可能产生两根测向天线相互遮挡的现象,这样靠近发射源的测向天线接收到的为直射信号,远离发射源的测向天线接收到的有可能是折射、反射信号,这样就造成波程差测量的不准确,进而不能准确测向。
  在实际应用中经过测试分析该方法能够满足使用要求。
  4 结束语
  本文是应用干涉式测向原理,结合具体使用条件、环境,提出了结合测距方式实现双天线测向的方法,经过试验应用,该方法行之有效,能够满足安装环境苛刻,使用精度较高,并具有一定运动速度的安装平台使用。
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