相差变化率的无模糊多通道检测及在单站无源定位中的应用

摘 要：文章描述了相差变化率的多通道相差以及无模糊检测方法，以及长基线测向解。在此基础上，将基于相差变化率的定位测距方程转化为短基线相差测向和无模糊程差差分的组合函数，一方面借助一维等距双基阵所测得的相差值解算对应于长基线的无模糊程差差分值，另一方面利用短基线相差测向仪给定目标的方位值，由此给出了一种无需求解长基线相位模糊和波长整周数差值的单基站定位方法。

关键词：单站无源定位；相差测量；相差变化率；相位模糊；测向；机载无源定位

1 引言

理论分析已经表明，基于相差以及相差变化率的定位体制，和其他定位方式相比，相对而言是一种能够利用较短基线就可实现较高定位精度的技术[1-6]。这是因为与时差定位体制不同，相差定位的误差测量方程不仅与量值巨大的光速无关，而且还和波长成正比。故和至少需要采用十几公里长基线的多站时差定位技术比较，多站相差定位能以几公里或几百米的相对比较短的基线长度实现无源定位[7]。

但目前基于相差测量的定位技术尚未实现工程应用，除因为波长整周数以及差值都是未知参量，解相差模糊存有数学处理上的困难之外，阻碍相差定位工程应用的另一个难题是波长整周数差值的测量误差对定位精度的影响问题。在现有的基于相差测量的无源定位分析中，都是将波长整周数看成常值，并认为在经过微分处理后，相差变化率就将与波长整周数无关，即相位差的差值是不模糊的。但分析表明，相差变化率不仅与相差的差分项相关，而且还与波长整周数差值的差分项相关，且在相差的差分项与波长整周数差值之间存有互为跳变现象[8，9]，现有的定位分析中仅是从解相位模糊需要的角度研究了波长整周数的计算问题，但并没有真正的研究分析波长整周数的跳变对测距精度的影响问题[10-15]。

本文介绍了作者近几年关于相差定位技术的若干研究结果。首先在由相频函数关系导出基于多通道相差测量的相差变化率的基础上[16]，研究了相差变化率的无相位模糊检测方法[17]。通过将对应于基线长度的时差项从相差变化率中剥离出来，提取得到了一个在单位长度上表征整周数和相差的差分特性的函数。随后所做的模拟计算发现，单位长度上的程差差分函数的变化是极有规律的，直接通过对实测获得的相差差分值域的判别，就能确定相应的校正数，由此得到了与整周数差分项无关、且与原程差差分函数等值的函数表示式。所揭示的方法表明，在未知波长整周数差值的情况下，仅基于相差测量值即可求得相差变化率。

基于这种创新发现，就能进一步将基于相差变化率所导出的测距式转换成方向和相差变化率的函数，一方面直接采用测向技术确定公式中所包含的方位函数项；另一方面利用无模糊相差变化率测量方法确定与单位波长的相差变化率所相关的函数项，由此就能在避免对波长整周数差值检测的情况下实现无模糊相差定位。

2 相差变化率的多通道无模糊检测

2.1 相差定位方程

5 结语

分析表明，测向观测可以忽略波长整周数差值的测量误差的影响，而基于相差测量的定位方法不仅需要解模糊，而且还必须重视与解决波长整周数差值的测量误差问题。实际分析表明波长整周数差值的测量误差对测距精度的影响很大，这也就是在直接相差定位与间接相位干涉测向之间的一个区别所在[19，20]。

关于相差变化率的无模糊检测研究结果无疑为与相位测量相关的工程实用化设计提供了一种很有力的技术支撑。基于相移与频移间的函数关系所作的分析表明，无源定位中的诸多参量都和相差变化率的检测相关的，一旦相差变化率可实现无相位模糊检测，则这些和相差变化率直接相关的参量都能实现无模糊求解。并且，借助于程差差分的表示形式，还能更深刻的了解某些参量的物理意义[21]。

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