实验六-相位干涉仪测向技术

相位干涉仪测向算法及其在TMS320C67上的实现相位干涉仪测向算法是一种基于光学干涉原理的方向测量方法。

它通过测量光信号在不同光路中的相位差，来确定信号源相对于干涉仪的方向。

TMS320C6711是德州仪器公司推出的一款数字信号处理器，它具有高性能、低功耗和灵活性等优点，非常适用于实现相位干涉仪测向算法。

本文将介绍相位干涉仪测向算法的原理及其在TMS320C6711上的实现。

1.光信号采集：相位干涉仪中的光信号通过光电探测器转换为电信号，并经过滤波和放大等处理，以便后续的数字处理。

2.相位测量：通过将光信号分为两路，分别经过两个迥尔回路，使得两路信号的相位差与待测信号的相位差呈线性关系。

然后使用相位测量电路来测量两路信号的相位差。

3.方向计算：根据已知的干涉仪结构参数和测量得到的相位差，通过一系列的运算和公式推导，计算出待测信号源相对于干涉仪的方向。

在TMS320C6711上实现相位干涉仪测向算法可以分为以下几个步骤：1.数据采集：通过模拟输入和ADC模块，将光信号转换为数字信号。

TMS320C6711的ADC模块具有高速采样率和高精度的特点，能够满足相位干涉仪的信号采集需求。

2.信号处理：使用TMS320C6711的数字信号处理器对采集到的信号进行预处理，包括滤波、放大、采样和校正等。

可以利用内置的FIR滤波器和运算单元，对信号进行实时处理和计算。

3.相位测量：可以使用TMS320C6711的计数器和定时器来测量两路信号的相位差。

通过配置计数器和定时器的计数范围和计数频率，将测量结果转换为相位差。

4.方向计算：根据已知的干涉仪结构参数和测量得到的相位差，使用TMS320C6711的数学运算库对方向计算公式进行数值计算。

并将计算结果进行校正和显示。

需要注意的是，在TMS320C6711上实现相位干涉仪测向算法需要对硬件和软件进行充分优化。

硬件上可以选择合适的模拟输入电路、ADC模块和计数器等，以满足高速和高精度的要求。

基于相位干涉仪的同时信号测向技术
刘东文;郭少华
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2015(28)2
【摘要】针对传统的相位干涉仪无法进行同时信号测向的问题,提出了一种基于相位干涉仪的同时信号测向方法,在干涉仪测向中引入了数字信道化技术来解决同时信号分辨,同时采用多基线天线结构来提高测向精度.通过理论分析及仿真实验,验证了该方法可实现同时信号测向的能力.
【总页数】4页(P143-146)
【作者】刘东文;郭少华
【作者单位】西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN820.1+2
【相关文献】
1.基于相位干涉仪测向算法的仿真研究及误差分析 [J], 李婷;苏新彦
2.基于多基线相位干涉仪的测向算法研究 [J], 居易;邵文建
3.基于相位干涉仪测向系统的相位误差分析 [J], 吴宝东;陈舒
4.基于时差解相位干涉仪模糊的测向方法研究 [J], 亓亮;束坤;李迪
5.基于数字信道化的相位干涉仪测向研究 [J], 杨晶
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相位法测向原理与仿真03071201 张北辰一、理论分析1、相位法测向原理：以单基线干涉仪测向为例，其电波到达相邻天线阵元形成的波程差如上图所示。

图中测向天线阵由两个阵元组成，假设辐射源与阵元相距很远，所以可认为辐射源发射到阵元1和2的信号平行。

假设阵元1和阵元2之间的间距为d，来波方向与阵列法线方向的夹角为。

测向的实质是测量夹角。

阵元1和阵元2接收到的信号传播存在波程差，因而也存在相位差。

设阵元1接收信号为则阵元2的接收信号为其中λ为信号波长从上可以看出，相位差为即为相位差和入射波方向的简单推倒公式。

2、精度与多值性问题：相位差φ值测量不准, 将产生测角误差, 它们之间的关系如下可以看出, 采用读数精度高(dφ小)的相位计, 或减小λ/d值(增大d/λ值), 均可提高测角精度。

也注意到：当θ=0 时, 即目标处在天线法线方向时, 测角误差dθ最小。

当θ增大, d θ也增大, 为保证一定的测角精度, θ的范围有一定的限制。

增大d/λ虽然可提高测角精度, 但在感兴趣的θ范围(测角范围)内, 当d/λ加大到一定程序时, φ值可能超过2π, 此时φ=2πN+ψ, 其中N为整数; ψ＜2π, 而相位计实际读数为ψ值。

由于N值未知, 因而真实的φ值不能确定, 就出现多值性(模糊)问题。

必须解决多值性问题, 即只有判定N值才能确定目标方向。

还有一种有效的途径，便是使两个接收阵元均具有方向性，若使两接收阵元主瓣均对准θ=0方向，该方向接收到的Φ=0所对应的信号幅值比其他Φ=0对应信号幅值大，从而能在多值中找出目标的真正方位，解决多值问题二：仿真采用两个线阵作接收阵元，子阵元之间间距均为d=λ/2,入射角θ=0.0176°，入射信号频率为100Hz，采样频率2000Hz进行仿真，结果如下上图为两个基阵分别接收到的信号波形，可以看出，两个信号始终保持一个相位差，而这个相位差就是我们推算入射角度的重要量。

现代电子技术Modern Electronics Technique2023年9月1日第46卷第17期Sep. 2023Vol. 46 No. 170 引 言相位干涉仪系统以宽带宽、高精度、低复杂度等优点，被广泛应用于无源电子侦察、电磁频谱监测、生命救援等多个领域，接收天线由多个阵元按照一定的空间关系排布，根据阵列形式分为一维阵列、二维阵列、圆阵等，利用阵列内不同天线之间的相位关系解算电磁波的来波方向[1⁃5]。

一维相位干涉仪测向系统应用最为广泛，一般增大天线间距来提升测向精度，但是天线间距超过电磁波波长一半，通道间的相位差测量值出现2π周期的翻转，导致测向解算的模糊，通常采用多基线设计思路解决测向精度和解算模糊的矛盾[6]，短基线用于解测向的模糊，长基线用于获得更高的测向精度。

在多基线相位干涉仪工程应用中，天线罩、天线单元一致性、天线间互耦、通道噪声、检测量化误差等环节引入相位误差[7⁃8]，通过校正可以解决单频点的固定相位基于相位误差估计的干涉仪测向算法段陆洋1， 曹 磊1， 李 娜2， 陈安军1， 都元松3（1.电子信息控制重点实验室， 四川 成都 610036； 2.空军航空大学， 吉林 长春 130022；3.中国人民解放军93107部队， 辽宁 沈阳 110000）摘 要： 针对多基线相位干涉仪系统在工程应用中因测量误差导致的解模糊错误，进而出现测向跳区问题，提出一种基于相位误差估计的干涉仪测向算法。

算法在相位差测量值的基础上估计不同通道的相位误差范围，确定不同基线解理论相位差区间，进一步反推理论入射角的区间，根据不同基线的理论入射角区间的交集解算模糊，算法充分考虑不同通道误差差异，提升了干涉仪系统的鲁棒性。

仿真结果表明：在测量误差未超过系统误差估计范围时，可以达到100%解模糊正确率；在单通道失效，即测量误差超过系统误差估计范围时，测向有效率和解模糊正确率高于传统算法。

关键词： 相位干涉仪； 解模糊； 测向算法； 多基线； 相位误差； 天线阵列； 通道失效； 系统鲁棒性中图分类号： TN98⁃34； TH744.3 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X （2023）17⁃0151⁃04Direction finding algorithm based on phase error estimation formulti⁃baseline phase interferometer systemDUAN Luyang 1, CAO Lei 1, LI Na 2, CHEN Anjun 1, DU Yuansong 3(1. Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory, Chengdu 610036, China;2. Aviation University of Air Force, Changchun 130022, China;3. Unit 93107 of PLA, Shenyang 110000, China)Abstract ： In view of the solving ambiguity caused by measurement error in engineering application of multi⁃baseline phase interferometer system, and then the jump zone in the direction finding appears, an interferometer direction finding algorithm based on phase error estimation is proposed. On the basis of the phase difference measurements, the phase error scopes of different channels are evaluated, the range of theoretical phase difference for different baseline solutions is determined, then the range of theoretical incidence azimuth is deduced, the ambiguity of the multi⁃baseline interferometer is solved by the intersectionof the theoretical azimuth intervals of different baselines. The algorithm fully considers the error differences of different channels. Using this algorithm, the robustness of the interferometer system is improved. It is verified by simulation that 100% correct rate of ambiguity resolution can be achieved when the measurement error is within the range of system error evaluation; when it failsin the single channel, that is, the measurement error exceeds the range of system error estimation, the direction finding efficiency and ambiguity resolution accuracy are higher than those of the traditional algorithms.Keywords ： phase interferometer; solving ambiguity; directing finding algorithm; multi⁃baseline; phase error; antenna array;channel defection; system robustnessDOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.17.029引用格式：段陆洋，曹磊，李娜，等.基于相位误差估计的干涉仪测向算法[J].现代电子技术，2023，46（17）：151⁃154.收稿日期：2023⁃03⁃30 修回日期：2023⁃04⁃21151现代电子技术2023年第46卷偏差，但无法消除不同入射角的误差。

电波到达相邻天线元形成的波(t)=E cos(2πf0t)2的接收信号为(t-τ)=E cos(2πf0t-2πd sinθλ)=c/f0为信号波长。

以看出,信号传播距离差为Δl×d×sinθ/λd、λ均已知,所以只要得到阵元相位差,便可以求出θ。

需要注意模糊问题,常需要满足条件Δφ将r i(t),r2(t)改写其中φ=2πd sinθ对r i(t)取共轭Science如下图所示:图2时域干涉仪测向信号流图1.2频域干涉仪测向原理对r1(t),r2(t)分别作FFT可得R1(ω)=Eδ(f-f0)R2(ω)=Eδ(f-f0)e-jφ由相位谱计算公式∠φ=arctan R I(ω)R(ω)频域法测向的数学模型如下图所示:图3频域干涉仪测向信号流图2Simulink建模现代数字通信通常采取二进制,本文选取二进制随机数作为BPSK调制的基带信号,在此基础上加入高斯白噪声来模拟实际环境中的信号。

为模拟两路天线单元的信号,在BPSK信号的基础上加入一定角度的相移,并加入高斯白噪声。

将以上所得的两路信号图4相位干涉仪测向算法Simulink模型&Technology Vision(上接第132页)[5]龚享铱,皇甫堪,袁俊泉.基于相位干涉仪阵列二次相位差的波达角估计算法研究[J].电子学报,2005,33(3):444-446.DOI:10.3321/j.issn:0372-2112.2005.03.015.[6]居易,邵文建.基于多基线相位干涉仪的测向算法研究[J].舰船电子对抗,2018,41(3):96-99.DOI:10.16426/ki. jcdzdk.2018.03.022.[7]纪强,罗义军,李劲,等.实际入射角的相位干涉仪测角方法[J].中国空间科学技术,2012,32(1):72-76.DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.01.011.国高等学校思想政治教育工作的一个不足之处。

文章编号：1006-1576（2006）10-0003-02单信道相位相关干涉仪的通信测向技术李炳荣，曲长文，唐小明（海军航空工程学院研究生队，山东烟台，264001）摘要：单信道相位相关干涉仪的通信测向技术，是将多个天线阵元接收的信号作移相合成。

并按时序通过接收机信道，进行混频、放大和检波，得到1组相位和幅度数据。

与预存数据库进行相关，完成通信测向。

并在通信测向的同时，得到信号的其他参数值。

关键词：干涉仪；相位相关；通信测向；单信道中图分类号：TN199.23 文献标识码：ACommunication Direction Finding Technique for Single-Channel PhaseCorrelating InterferometerLI Bing-rong, QU Chang-wen, TANG Xiao-ming(Brigade of Graduate, Naval Aeronautical Engineering Academy, Yantai 264001, China) Abstract: The communication direction finding technique for single-channel phase correlating interferometer was realized by phase-shifting combination for received signals of multi-units antenna. Then, passing the receiver channel according to the time sequence, mixing, amplify and demodulating, a set of data of phase and ample was obtained. After correlating with database deposited, the direction finding was realized. And the other parameters of signal were obtained at the same time.Keywords: Interferometer; Phase correlating; Direction finding; Single-channel0 引言当前，通信侦察测向设备大多存在着频率范围窄、截获概率低、测量速度慢及精度差和构造复杂、体积庞大、安装困难、操作不便等缺点。

相位法测向原理与仿真03071201 张北辰一、理论分析1、相位法测向原理：以单基线干涉仪测向为例，其电波到达相邻天线阵元形成的波程差如上图所示。

图中测向天线阵由两个阵元组成，假设辐射源与阵元相距很远，所以可认为辐射源发射到阵元1和2的信号平行。

假设阵元1和阵元2之间的间距为d，来波方向与阵列法线方向的夹角为。

测向的实质是测量夹角。

阵元1和阵元2接收到的信号传播存在波程差，因而也存在相位差。

设阵元1接收信号为则阵元2的接收信号为其中λ为信号波长从上可以看出，相位差为即为相位差和入射波方向的简单推倒公式。

2、精度与多值性问题：相位差φ值测量不准, 将产生测角误差, 它们之间的关系如下可以看出, 采用读数精度高(dφ小)的相位计, 或减小λ/d值(增大d/λ值), 均可提高测角精度。

也注意到：当θ=0 时, 即目标处在天线法线方向时, 测角误差dθ最小。

当θ增大, d θ也增大, 为保证一定的测角精度, θ的范围有一定的限制。

增大d/λ虽然可提高测角精度, 但在感兴趣的θ范围(测角范围)内, 当d/λ加大到一定程序时, φ值可能超过2π, 此时φ=2πN+ψ, 其中N为整数; ψ＜2π, 而相位计实际读数为ψ值。

由于N值未知, 因而真实的φ值不能确定, 就出现多值性(模糊)问题。

必须解决多值性问题, 即只有判定N值才能确定目标方向。

还有一种有效的途径，便是使两个接收阵元均具有方向性，若使两接收阵元主瓣均对准θ=0方向，该方向接收到的Φ=0所对应的信号幅值比其他Φ=0对应信号幅值大，从而能在多值中找出目标的真正方位，解决多值问题二：仿真采用两个线阵作接收阵元，子阵元之间间距均为d=λ/2,入射角θ=0.0176°，入射信号频率为100Hz，采样频率2000Hz进行仿真，结果如下上图为两个基阵分别接收到的信号波形，可以看出，两个信号始终保持一个相位差，而这个相位差就是我们推算入射角度的重要量。