(海軍裝備部重慶局，成都 610036)

1 引 言

干涉儀測(cè)向是一種高精度的測(cè)向體制，是電子對(duì)抗的一項(xiàng)重要技術(shù)，它通過比較到達(dá)天線陣射頻信號(hào)間的相位差來獲得方向信息[1-2]。近年來，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新的測(cè)向算法層出不窮[3-5]。但由于寬頻帶多通道接收機(jī)各通道間的模擬器件難以保證相位和幅度的良好一致特性，因此，一般采用數(shù)字相位校正的方式來消除系統(tǒng)中的固有相位誤差。

典型的相位校正方案在消除接收通道間固定相位差的同時(shí)，受校正源信號(hào)器件特性限制，校正通道支路各通道間的相位同樣不平衡，也會(huì)引入新的系統(tǒng)誤差，從而影響系統(tǒng)測(cè)向精度。

本文提出了一種簡單的低失真校正方案，能夠在一定程度上消除校正源支路各通道的不平衡，改善系統(tǒng)性能，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

2 干涉儀的工作原理

圖1所示為一個(gè)簡單的單基線干涉儀系統(tǒng)[1]，設(shè)當(dāng)信號(hào)的入射方向與天線視軸偏離角度為θ時(shí)，波平面到達(dá)兩天線的相位差為Δφ。

(1)

式中，D為干涉儀基線長度，θ為射頻信號(hào)到達(dá)角，λ為波長。

圖1 干涉儀測(cè)向原理框圖Fig.1 Schematic diagram of interferometer DF

(2)

式中，C為光速，f為信號(hào)載頻。

由式(2)可以看出，在天線陣和信號(hào)載頻固定時(shí)，可以由通道相位差Δφ直接得出射頻信號(hào)的到達(dá)角θ，從而測(cè)出射頻信號(hào)到達(dá)的方向。

3 典型相位校正方案

為方便起見，以兩通道干涉儀接收機(jī)方案為例，介紹典型的相位誤差校正方案。

圖2給出了典型兩通道干涉儀的相位校正示意圖?？梢钥闯?，校正時(shí)，兩個(gè)接收通道分別通過單刀雙擲開關(guān)饋入從同一個(gè)校正源產(chǎn)生的校正信號(hào)，記錄此時(shí)兩通道間的相位差Δφ(即φa-φb)，以此作為兩接收通道間的固有相差。干涉儀正常工作時(shí)，接收射頻信號(hào)，記錄通道間的相差Δφ′，用Δφ′-Δφ，即得到了實(shí)際的相差，進(jìn)而求出信號(hào)的到達(dá)方向角θ。

圖2 典型相位校正方案示意圖Fig.2 Schematic diagram of a typical phase correction method

4 典型相位校正方案的缺陷

典型相位校正方案雖然簡單，但它在消除通道1和通道2間相位差的同時(shí)，又引入了新的系統(tǒng)誤差。該系統(tǒng)誤差主要是由于校正源信號(hào)支路中的功分器、單刀雙擲開關(guān)等關(guān)聯(lián)器件各通道相位不平衡造成的。如圖3所示，送入接收通道1校正信號(hào)相移Δa，送入接收通道2校正信號(hào)相移Δb，系統(tǒng)誤差為Δa-Δb，從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)向精度。

圖3 兩通道相位校正方案誤差分析圖Fig.3 Error analysis diagram of two-channel phase correction method

同時(shí)，典型相位校正方案也沒有涉及單刀雙擲開關(guān)前引入的相位φ1和φ2，φ1和φ2間的不平衡同樣會(huì)降低系統(tǒng)測(cè)向精度。

5 低系統(tǒng)誤差相位校正方案

如何用簡便方法消除掉校正源信號(hào)支路各通道間相位不平衡帶來的系統(tǒng)誤差，實(shí)現(xiàn)低系統(tǒng)誤差的相位校正方案？我們可以借鑒網(wǎng)絡(luò)分析儀中采用標(biāo)準(zhǔn)校正件的方法來消除系統(tǒng)誤差Δa-Δb。

圖4 低系統(tǒng)誤差相位校正方案示意圖Fig.4 Schematic diagram of low system error phase correction method

標(biāo)準(zhǔn)校正件就是用特殊處理方法實(shí)現(xiàn)具有特殊指標(biāo)參數(shù)性能的器件，用于系統(tǒng)校正過程。它的成本往往很高，不能在一般設(shè)備中裝配。在這里標(biāo)準(zhǔn)校正件就是圖4中所示的標(biāo)準(zhǔn)功分器以及用于連接標(biāo)準(zhǔn)功分器和干涉儀的校準(zhǔn)射頻電纜。經(jīng)特殊處理后，必須保證校正件各通道間在全頻段具有高度的相位和幅度一致性，不平衡性可以忽略?？紤]到標(biāo)準(zhǔn)校正件所需數(shù)量很少，能夠采用更新的設(shè)計(jì)手段、更好的工藝保障或者直接生產(chǎn)多件實(shí)物挑選等提高成本的方法來實(shí)現(xiàn)。

6 低系統(tǒng)誤差相位校正理論分析

首先設(shè)定接收通道1和接收通道2在單刀雙擲開關(guān)前器件(如電纜、限幅器、濾波器等)的相移分別為φ1和φ2。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)功分器兩個(gè)輸出端口分別置于通道1和內(nèi)置功分器時(shí)，單刀雙擲開關(guān)1選擇左支路，單刀雙擲開關(guān)2也選擇左支路，則可以得到此時(shí)的相位差：

Δ1=(φ1+φa)-(Δb+φb)

(3)

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)功分器兩個(gè)輸出端口分別置于通道2和內(nèi)置功分器時(shí)，單刀雙擲開關(guān)1選擇右支路，單刀雙擲開關(guān)2也選擇右支路，則可以得到此時(shí)的相位差：

Δ2=(φ2+φb)-(Δa+φa)

(4)

將Δ1和Δ2作為系統(tǒng)誤差因子存儲(chǔ)起來。

后面的校正過程與典型的相位校正方案一致。取下外置標(biāo)準(zhǔn)功分器，將校正信號(hào)接在干涉儀內(nèi)置功分器上，單刀雙擲開關(guān)1置于右支路，單刀雙擲開關(guān)2置于左支路，則可以得到此時(shí)相位差：

Δ3=(Δa+φa)-(Δb+φb)

(5)

經(jīng)過3次校正后，以Δ1、Δ2和Δ3為系統(tǒng)誤差因子計(jì)算出兩通道間相位誤差。

由式(3)和式(4)可以得出：

Δ1-(φ1+φa)+(Δb+φb)=Δ2-(φ2+φb)+

(Δa+φa)

兩通道間的固定系統(tǒng)相位差為

(φ1+φa)-(φ2+φb)=(Δ1-Δ2)-(Δa+φa)+

(Δb+φb)=Δ1-Δ2-Δ3

(6)

由此可以看出，經(jīng)過3次校正，可以消除校正源信號(hào)支路中各端口的不平衡。由3次校正結(jié)果Δ1、Δ2和Δ3表示兩個(gè)接收通道間的固定相位誤差，從而能夠方便地測(cè)出后續(xù)測(cè)試到達(dá)射頻信號(hào)的相位差，準(zhǔn)確測(cè)量射頻信號(hào)的方向角度。

7 結(jié)束語

干涉儀測(cè)向需要對(duì)接收通道的幅度相位一致性進(jìn)行校正，但往往難以消除校正信號(hào)通路自身引入的系統(tǒng)誤差。本文通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)校正件的合理應(yīng)用，給出了一種簡單的低系統(tǒng)誤差多通道相位校正方案，可以消除校正信號(hào)支路器件各通道不平衡性帶來的固有相差，并對(duì)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了定性分析，從而有效提高了相位測(cè)量系統(tǒng)的精度，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

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