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单站无源定位系统研究

陈晓波  
【摘要】:无源定位技术由于其自身特有的优点,近年得到快速发展,围绕其进行的研究广泛展开。基于相位差变化率的无源定位技术在机载单站无源定位领域有着巨大的应用潜力。在目标与观测平台存在相对运动的条件下,利用观测平台上携带的两个单元天线可以获得辐射源电磁波的相位差变化率信息,此信息中含有威胁辐射源的距离信息,再利用测向系统测得的目标角度信息,即可实现对目标的实时定位。该定位法对目标的定位速度和定位精度比传统的测角定位法高,性能优良。 论文对基于相位差变化率的机载无源定位的原理和关键技术进行了分析。实现单站无源定位,要具备的条件为:观测器与目标之间存在一定形式的相对运动;并且获取可用于定位的参数。因此,利用安装在载机上的干涉仪作为观测器,提取时差/角度信息及相位差变化率等,利用接收和处理设备提取辐射源频率信息。据此构建的系统架构可为:干涉仪完成辐射源测向;长基线相位测量获得相位变化量;从飞机导航设备或利用已知的校正辐射源获取高精度的导航姿态信息。 对坐标变换、姿态校正、宽带高灵敏度信号检测、高精度相位测量及相位差提取技术等工程技术进行了研究和探讨。坐标的旋转是坐标变换的难点;在姿态校正方面,偏航角引起的相位差变化不容忽略,由飞行器在航线上运动得到的相差位会淹没在其中,因此,必须对偏航进行校正;对于俯仰,采用信源与目标角增量差求取,可以对消一部分俯仰误差,减小姿态航向角变化测量偏差,满足系统定位精度要求。利用飞机导航设备或已知的校正辐射源获取姿态信息可对姿态进行校正。另外,目标方位增量可通过对目标信号截获频度来进行控制。在工程上,多通道的校正、时序控制、时间同步等问题也是需要重点考虑和设计的。 在原理框架的基础上,设计了试验样机,完成了系统集成和一系列试验,获取了单站无源定位测量的相关数据,研究了相位差变化率定位方法的工程实现方法,并构建模型对目标切入角与机体对相位收敛的影响进行了实验。分析结果表明,实验结果与理论分析基本相符。利用长基线相位干涉仪相位变化定位原理可行;基于地面固定校正源姿态校正技术可行,其实现方式可以是地面源也可以是卫星源。该技术可适用所有空对地运动战平台,具有工程实用价值。


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