淺談數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)中的相位差測(cè)量及誤差_第1頁
淺談數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)中的相位差測(cè)量及誤差_第2頁
淺談數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)中的相位差測(cè)量及誤差_第3頁
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文檔簡介

1、淺談數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)中的相位差測(cè)量及誤差來源:維庫引言在電子對(duì)抗領(lǐng)域中輻射源測(cè)向是一個(gè)基本問題。能發(fā)射電離輻射的物質(zhì)或裝置。從廣義上講,凡能釋放各種電離輻射的物質(zhì)或裝置(如宇宙射線)均可視為輻射源。但習(xí)慣上用于探傷、放射治療和輻射加工等的放射性深度較高的放射源稱為輻射源。干涉儀測(cè)向體制的主要優(yōu)點(diǎn)是精度高和工作頻率范圍寬,但目前使用的干涉儀系統(tǒng)還存在不足,主要包括:(1)在被動(dòng)制導(dǎo)等領(lǐng)域中測(cè)向精度仍然不夠:(2)對(duì)現(xiàn)代雷達(dá)使用的寬帶脈壓信號(hào)適應(yīng)能力有限;(3)有待進(jìn)一步提高系統(tǒng)的工作頻率范圍。針對(duì)上述問題,本系列論文提出了數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)的整體解決方案,重點(diǎn)討論數(shù)字化相位差測(cè)量及誤差分析、概

2、率解模糊算法和在測(cè)向精度和工作頻率范圍約束下如何進(jìn)行天線陣列基線設(shè)計(jì)三個(gè)問題。本文是系列論文的第一篇,給出了數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)模型,討論了數(shù)字化相位差測(cè)量方法,推導(dǎo)了數(shù)字化相位測(cè)量的數(shù)字化方法誤差函數(shù)和由通道噪聲引起的信號(hào)相位誤差分布密度函數(shù)。相位差測(cè)量的精度直接影響系統(tǒng)測(cè)向的精度,還會(huì)影響解相位差模糊和天線陣列基線設(shè)置等一系列系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。傳統(tǒng)的相位差測(cè)量方法都是利用窄帶信號(hào)干涉原理把相位差轉(zhuǎn)化為幅度進(jìn)行測(cè)量的,因而其只能夠適用于窄帶信號(hào)的相位差測(cè)量,且測(cè)量精度受幅度測(cè)量誤差的影響較大。本文提出的數(shù)字化相位差測(cè)量方法,其基本思想是把信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻率域,利用信號(hào)的相位譜直接完成在給定頻率點(diǎn)上相位

3、差的測(cè)量,且全面的分析了相位差測(cè)量誤差。1 數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)模型數(shù)字化就是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù),再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型,把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)制代碼,引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部,進(jìn)行統(tǒng)一處理,這就是數(shù)字化的基本過程。解釋二:數(shù)字化將任何連續(xù)變化的輸入如圖畫的線條或聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為一串分離的單元,在計(jì)算機(jī)中用0和1表示。通常用模數(shù)轉(zhuǎn)換器執(zhí)行這個(gè)轉(zhuǎn)換。當(dāng)今時(shí)代是信息化時(shí)代,而信息的數(shù)字化也越來越為研究人員所重視。早在40年代,香農(nóng)證明了采樣定理,即在一定條件下,用離散的序列可以完全代表一個(gè)連續(xù)函數(shù)。就實(shí)質(zhì)而言,采樣定理為數(shù)字化技術(shù)奠定了重要基礎(chǔ)。英文digit譯成“

4、數(shù)字”是大陸的譯法。最開始是不是由原信產(chǎn)部的研究所科研人員這樣譯出,尚不可考,愿有心有力者相助查尋。非均勻線陣的天線數(shù)為m,天線的間距分別為d1,d2,L dm-1寬帶入射信號(hào)分別為s(t),入射方向與陣列法線的交角分別為。其中信號(hào)在第i個(gè)天線上相對(duì)于第O個(gè)天線的時(shí)間延遲,c是光速常數(shù),di(l=1,2,L,m一1)為天線間距。對(duì)式(2)兩邊同做傅立葉變換:式(4)中s(f)表示信號(hào)s的相位譜;i為由噪聲譜對(duì)信號(hào)相位譜影響產(chǎn)生的誤差。作如下的相位差變換:式(6)中相位差xi(f)是無模糊的相位差。然而實(shí)際中由于天線陣列的間距大于半波長因而相位差是有模糊的。不妨令:式中bi是有模糊的相位差,ni

5、表示模糊整數(shù),ai為相對(duì)基線長度,ei為相位差誤差。則式(6)可代換為:這是數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)模型。以下的工作都是圍繞這個(gè)模型展開。其一是如何測(cè)量相位差bi(i=1,2,L,m一1) 及推導(dǎo)相位差測(cè)量誤差ei(i=l,2,L,m一1)的分布密度函數(shù)。其二是如何快速求解模糊整數(shù)ni(i=1,2,L,m一1),即快速解模糊問題,這將在第二篇論文中討論。其三是如何求解x的最優(yōu)估計(jì)值從而獲得測(cè)向角=arcsin(x),并進(jìn)行測(cè)向角測(cè)量誤差分析;同時(shí)還會(huì)討論如何進(jìn)行天線陣列的設(shè)計(jì)問題。2 數(shù)字化相位差測(cè)量及數(shù)字化方法誤差不妨設(shè)兩個(gè)通道的時(shí)延為,信號(hào)為t,信號(hào)持續(xù)時(shí)間為s(t),采樣間隔為N,采樣點(diǎn)數(shù)為T

6、。式(14)即為相位差測(cè)量的數(shù)字化方法誤差函數(shù)。從圖3中可以看出:在f=14,即采樣頻率是所測(cè)頻率的4倍時(shí),相位差最大誤差約為40;當(dāng)采樣頻率是所測(cè)頻率的20倍時(shí),方法誤差可以忽略。3通道高斯白噪聲引起的信號(hào)相位誤差設(shè)通道噪聲是高斯白噪聲N(O,2),采樣點(diǎn)數(shù)為N。則有:(1)其在離散傅立葉變換序列的實(shí)部序列和虛部序列是獨(dú)立同分布的高斯白噪聲序列(證明略)。(2)噪聲的幅度譜服從瑞利分布,相位譜服從均勻分布(證明略)。(3)噪聲對(duì)信號(hào)相位譜的影響。圖4中,R為信號(hào)頻譜幅度值,r,為噪聲頻譜幅度值和相角,w為噪聲引起的信號(hào)相位誤差。令=,則有:設(shè)噪聲的歸一化帶寬為B,信號(hào)的幅度一致性系數(shù)為,白噪聲功率為2,信噪比為SN,則計(jì)算噪聲對(duì)信號(hào)的相位譜的影響關(guān)系。其中義為通過簡單證明可得的零直流分量信號(hào)的幅度一致性系數(shù)1。則:式(16)即為噪聲引起的相位誤差分布密度函數(shù)。圖6噪聲引起的相位誤差分布密度函數(shù)和信噪比的關(guān)系圖6中顯示,由通道高斯白噪聲引起的信號(hào)相位誤差分布近似于高斯分布。4

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