基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪的测向方法技术

本发明专利技术涉一种基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪及其测向方法，其特征在于包括三个双极化超宽带喇叭天线单元、金属安装底盘和宽带微波吸波材料，其中双极化超宽带喇叭天线采用金属结构，两个极化端口正交放置，采用同轴线底部馈电，缝隙为连续渐变结构；天线单元底部为波导腔体结构，以实现阻抗匹配功能，腔体周围四个金属臂引入渐变结构，以进一步实现阻抗匹配，降低电压驻波比；天线的四个脊采用倒角处理，以降低两个端口的电压驻波比，本发明专利技术适用于星载、机载、弹载以其他相关的无线电测向系统，具有更为全面的参数测量功能和平台的适应性。

Phase interferometer based on wideband dual polarized antenna array and direction finding method thereof

The invention relates to a method of phase interferometer direction finding and wideband dual polarized antenna array based, characterized in that it comprises three ultra wideband dual polarized horn antenna unit, metal chassis and installation of broadband microwave absorbing materials, including ultra wideband dual polarized horn antenna with metal structure, two orthogonal polarization port placement, using the same at the bottom of the feed axis, the gap for continuous gradient structure; the bottom of the antenna unit for waveguide cavity structure, to achieve the function of impedance matching, the cavity around the four metal arm into the tapered structure, in order to further realize the impedance matching, low voltage in Bobbi; four ridge antennas using chamfering processing to reduce the voltage in Bobbi two ports and the invention is suitable for spaceborne, airborne and missile borne by other related radio direction finding system, a more comprehensive function and parameter measurement platform Adaptability.

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及宽带双极化天线阵列传感器装置及其测向
，具体的说是一种可用于雷达和通信等无线电系统中的基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪及其测向方法。
技术介绍
：在无线电导航、电子侦察、电子跟踪和电子对抗等电子系统中，一个很重要的任务是测定目标的方位。测向的方法和种类很多，按天线的方向图大体可分为两类。一种是利用简单振子或天线阵列的一定方向性来测向；另一类是利用系统功能来测向，而对天线方向图没有特殊要求。前者通过旋转天线可找出某一方位天线感应电压最小，这种方式的测向的优点是：天线结构简单，尺寸小。缺点是：工作带宽窄，测向精度低。后者的测向体制可分为比幅法、比相法、比幅比相法、时差法和多普勒频率法等。干涉仪测向属于比相法的一种。相位干涉仪具有测向精度高、设备实现简单、测向速度快、平台适应性和移植性强等优点，已成为当前无线电测向领域的主流体制。相位干涉仪体制一般采用两组互相垂直的天线进行航向角和俯仰角的测向。两组天线的组成和测向机理完全一致，以一维单基线相位干涉仪为例来说明的原理。如图1所示，单基线相位干涉仪由两个信道组成，射频辐射源辐射的平面电磁波，由与天线视轴夹角为θ的方向传播而来，它到达两个天线的相位差φ为：式中：λ为辐射源的工作波长；L为两个天线之间的距离。如果两个信道完全平衡，那么具有相位差为φ的两路信号，在鉴相器(相关器)中可取出相位差信息，再经过角度变换，得到辐射源的方向角θ。测角误差主要来源于相位测量误差Δφ声，忽略其他因素，测角误差公式可简化写为：相位干涉仪通常采用多个天线构成天线阵来实现。按照天线阵布置形式的不同，有一维线阵、二维线阵、圆阵等多种形式。由于鉴相设备通常以2π为模，只能测量2π范围内的相位值，当天线之间的相对相位超过2π后，将会导致多值模糊。解模糊技术一直为相位干涉仪测角系统的工程应用所广泛关注，传统的解模糊技术包括基于长短基线、高低频率、单脉冲测角、测距、旋转基线和调频等六种方法。对于一维线阵相位干涉仪，单基线结构存在无模糊测量范围和测向精度的矛盾，因而通常采用多个天线构成多基线的配置形式。在应用多基线相位干涉仪时，需要解决的主要问题包括天线选择与设计、天线阵设计、以及测向算法设计。其中，相位干涉仪天线阵的设计不仅与天线尺寸、安装条件限制、测向性能指标等因素有关，还与选择的测向算法有关。多基线一维相位干涉仪有两种主要的解模糊方法：余数定理方法和逐次解模糊方法。基于余数定理的方法需要天线间距满足一定的参差关系，使得天线阵的设计受到限制；且由于需要进行多维整数搜索，随着基线长度的增加，导致搜索空间增大，计算量也会急剧增加。而逐次解模糊方法则通过长、短基线结合或构造虚拟基线的方式来解模糊，使得天线间距的设计较为灵活，且算法简单，容易实现。在根据逐次解模糊方法设计干涉仪天线阵时，一个重要问题是如何根据测向指标，如测向精度，相位误差等，确定天线数目，设计天线间距。现有的干涉仪设计方法没有公式给出天线阵参数与测向性能指标之间的解析关系，设计过程是采用“选择一验证”的迭代方式进行，而无法明确根据指标要求直接确定天线阵参数。传统的相位干涉仪一般采用单极化天线形式，仅能感知和测量入射电磁波的单极化信息，并且目前的技术水平已经较为成熟，在目标检测、参数测量和跟踪等方面的而技术指标相对稳定；为了适应新一代电子侦察与测向系统的技术要求，具有更为强大的多参数参量功能的干涉仪系统已成为测向领域重要的发展趋势。
技术实现思路
：本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种可用于雷达和通信等无线电系统中的基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪及其测向方法。本专利技术可以通过以下措施达到；一种基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪，其特征在于采用三单元超宽带双极化开放式加脊喇叭天线阵列，形成六端口网络，每个单元为双极化结构，提供两个极化端口，每个天线单元在主辐射方向上形成极化正交的电磁场，以感知和测量入射电磁波信号的两个正交极化分量，即包括三个双极化超宽带喇叭天线单元、金属安装底盘和宽带微波吸波材料，其中双极化超宽带喇叭天线采用金属结构，两个极化端口正交放置，采用同轴线底部馈电，缝隙为连续渐变结构；天线单元底部为波导腔体结构，以实现阻抗匹配功能，腔体周围四个金属臂引入渐变结构，以进一步实现阻抗匹配，降低电压驻波比；天线的四个脊采用倒角处理，以降低两个端口的电压驻波比。本专利技术中三个双极化超宽带喇叭天线单元经金属安装底盘安装于金属工作平台上，整个金属平台上方除天线之外的区域设有宽带微波吸波材料。一种基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪的侧向方法，其特征在于包括以下内容：以坐标o为原点，此时天线单元i的远区辐射电场可表示为：以坐标o为原点，此时天线单元i的远区辐射电场可表示为：假设入射信号为：式中，|Sin|和分别为入射信号的幅度和相位，γin和ηin分别为如射信号的幅度和相位极化角，于是，六个天线端口的接收输出电压可表示为：为了排除入射信号的幅度和相位对相位干涉仪测向和测极化参数的影响，采用单元之间的比较方法，即考察单元之间的幅度和相位极化差异，其中有6个天线端口，采用5个基线进行角度估计，这五个基线组合为：1_H至1_V、1_V至2_H、2_H至2_V、2_V至3_H和3_H至3_V，在信号对u1H和u1V比较中可得：在信号对u1V和u2H比较中可得：在信号对u2V和u2H比较中可得：在信号对u3H和u2V比较中可得：在信号对u3V和u3H比较中可得：定义向量[ε]和[δ]分别为：假设入射信号被阵列单元接收后，数字化后的信号电压经过处理后，得到向量[ε]和[δ]的估值分别为：根据公式(27)和(29)，获得误差向量：根据公式(28)和(30)，获得误差向量：基于公式(30)和公式(34)，利用最小二乘法，可估计计算出入射信号的参数综上所述，本专利技术提出了一种基于背腔式双极化天线阵列的相位干涉仪及其测向方法，该方法考虑了实际天线阵列的单元耦合、单元之间的辐射特性不一致以及金属安装平台对双极化天线辐射性能的影响，能够同时实现对辐射源信号的二维波达方向和极化参数的测量，本专利技术适用于星载、机载、弹载以其他相关的无线电测向系统，具有更为全面的参数测量功能和平台的适应性。附图说明：附图1是单基线相位干涉仪原理示意图。附图2是本专利技术中双极化干涉仪的天线阵列结构图。附图3是本专利技术中本天线阵列的结构示意图。附图4(a)是本专利技术中背腔式双极化天线的整体结构示意图。附图4(b)是本专利技术中背腔式双极化天线的整体结构示意图。附图4(c)是本专利技术中背腔式双极化天线的整体结构示意图。附图5(a)是本专利技术实施例中端口1的电压驻波比仿真结果。附图5(b)是本专利技术实施例中端口2的电压驻波比仿真结果。附图5(c)是本专利技术实施例中端口3的电压驻波比仿真结果。附图5(d)是本专利技术实施例中端口4的电压驻波比仿真结果。附图5(e)是本专利技术实施例中端口5的电压驻波比仿真结果。附图5(f)是本专利技术实施例中端口6的电压驻波比仿真结果。附图6(a)是本专利技术实施例中端口1和端口2之间的隔离度仿真结果。附图6(b)是本专利技术实施例中端口3和端口4之间的隔离度仿真结果。附图6(c)是本专利技术实施例中端口5和端口6之间的隔离度仿真结果。附图7是本专利技术实施例中频率为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪，其特征在于采用三单元超宽带双极化开放式加脊喇叭天线阵列，形成六端口网络，每个单元为双极化结构，提供两个极化端口，每个天线单元在主辐射方向上形成极化正交的电磁场，以感知和测量入射电磁波信号的两个正交极化分量，即包括三个双极化超宽带喇叭天线单元、金属安装底盘和宽带微波吸波材料，其中双极化超宽带喇叭天线采用金属结构，两个极化端口正交放置，采用同轴线底部馈电，缝隙为连续渐变结构；天线单元底部为波导腔体结构，以实现阻抗匹配功能，腔体周围四个金属臂引入渐变结构，以进一步实现阻抗匹配，降低电压驻波比；天线的四个脊采用倒角处理，以降低两个端口的电压驻波比。

【技术特征摘要】
1.一种基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪，其特征在于采用三单元超宽带双极化开放式加脊喇叭天线阵列，形成六端口网络，每个单元为双极化结构，提供两个极化端口，每个天线单元在主辐射方向上形成极化正交的电磁场，以感知和测量入射电磁波信号的两个正交极化分量，即包括三个双极化超宽带喇叭天线单元、金属安装底盘和宽带微波吸波材料，其中双极化超宽带喇叭天线采用金属结构，两个极化端口正交放置，采用同轴线底部馈电，缝隙为连续渐变结构；天线单元底部为波导腔体结构，以实现阻抗匹配功能，腔体周围四个金属臂引入渐变结构，以进一步实现阻抗匹配，降低电压驻波比；天线的四个脊采用倒角处理，以降低两个端口的电压驻波比。2.根据权利要求1所述的一种基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪，其特征在于三个双极化超宽带喇叭天线单元经金属安装底盘安装于金属工作平台上，整个金属平台上方除天线之外的区域设有宽带微波吸波材料。3.一种基于宽带双极化天线阵列的相位干涉仪的侧向方法，其特征在于包括以下内容：以坐标o为原点，此时天线单元i的远区辐射电场可表示为：以坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋立众，李赛，何露茜，周辉媛，王永建，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37