机载无源测向技术研究

徐 立 颜 雨

（海军装备部，四川 成都 610036）

1 概述

在高科技支持下的陆、海、空、天多维一体信息化战争中，机载无源测向系统是获取综合态势和目标特性的重要装备，对提高载机生存力发挥着不可替代的作用[1]。机载无源测向系统要求对辐射源进行测向和定位，以获取所需的电子情报。目前常用的机载无源测向体制主要是多通道干涉仪[2]、多通道比幅[3]等，相控阵体制的无源测向常采用和差波束[4]。

本文阐述了干涉仪测向、比幅测向与和差波束测向等机载无源测向系统常用测向技术基本原理，并进行了测向误差影响分析。最后根据几种测向技术的工作特点，分析了典型应用场景，为无源探测系统测向方案选择提供参考。

2 干涉仪测向

2.1 干涉仪测向原理

干涉仪测向原理如图1 所示[5]。当来波信号从角度θ方向到达测向天线0 与天线1，则两天线接收信号的相位差为：

图1 干涉仪测向示意图

式中：

λ为信号波长，单位m；

l 为天线基线，单位m。

相位无模糊时辐射源信号入射角度表示为：

2.2 干涉仪测向误差分析

当辐射源信号与干涉仪天线视轴不在同一平面时，按照公式（3）测量将会引入测量误差，产生“圆锥效应”。“圆锥效应”示意图如图2 所示。

图2 圆锥效应示意图

由于辐射源与干涉仪天线阵的距离远大于干涉仪天线基线长度，辐射源信号真实方位角α、仰角β 与干涉仪测量方位角θ 存在以下关系：

圆锥效应造成的测量误差为：

图3 多基线干涉仪测向示意图

3 比幅测向

3.1 比幅测向原理

比幅测向利用相邻天线接收信号的幅度差来实现辐射源信号的方位测量[7]，原理如图4 所示。两个相邻天线输出表示为：

图4 比幅测向天线方向图

根据公式（10）与公式（11）取对数求差：

3.2 比幅测向误差分析

根据公式（12）求导，比幅天线测向误差表示为：

4 和差波束测向

4.1 和差波束测向原理

图5 和差波束测向示意图

图6 和差波束矢量合成原理

则来波信号角度表示为：

4.2 和差波束测向误差分析

根据公式（18），和差波束测向误差表示为：

接收机噪声归一化差信号误差σtan-1（Δ/Σ）取决于和通道信噪比：

将公式（20）代入公式（19），即由接收机引起的测角误差：

和波束宽度可表示为：

将公式（22）代入公式（21），和差波束测向误差表示为：

5 测向技术对比分析

机载无源测向系统测向技术指标包括测向精度、灵敏度、资源代价等。干涉仪测向测向精度、配置灵活、可兼顾天线尺寸与测向精度，但硬件资源相对较大、灵敏度相对较低；比幅测向结构简单、体积小、重量轻，但测向精度低、天线方向图要求高；和差波束测向精度高、灵敏度高、天线方向图要求低，但硬件资源大、阵列配置不灵活。针对3 种测向技术的优劣对比，适用于不同的典型应用场景，如表1 所示。

表1 测向技术对比分析

结束语

在高科技支持下的陆、海、空、天多维一体信息化战争中，机载无源测向系统是获取综合态势和目标特性的重要装备，对提高载机生存力发挥着不可替代的作用。本文阐述了干涉仪测向、比幅测向与和差波束测向等机载无源测向系统常用测向技术的基本原理，并对几种测向技术的测向误差进行了分析。最后，通过3 种测向技术在测向精度、灵敏度、资源代价等方面优缺点的对比分析，给出了各自的典型应用场景。无源探测系统测向技术方案需要根据测向精度、灵敏需求、安装平台资源等等多个因素进行选择。