相位干涉儀測(cè)向算法的Simulink仿真

姜水橋　李有

【摘 要】相位干涉儀測(cè)向方法是一種重要的無(wú)線電測(cè)向方法，它不受信號(hào)幅度衰減的影響，只與電磁波到達(dá)不同天線陣元的時(shí)間有關(guān)，并且可以利用計(jì)算機(jī)快速計(jì)算。本文采用Simulink圖形化編程語(yǔ)言，分別從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度對(duì)相位干涉儀測(cè)向算法進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，仿真結(jié)果表明該算法具有較高的測(cè)向精度。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線電測(cè)向；相位干涉儀；Simulink仿真

中圖分類(lèi)號(hào)： TH744.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）35-0131-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.055

Simulink Simulation of Direction-finding Algorithm of Phase Interferometer

JIANG Shui-qiao LI You

（National University of Defense Technology， Wuhan Hubei 430010， China）

【Abstract】Phase interferometer direction-finding is an important method in radio direction-finding. It only related to the time division of wave arrival between different antenna elements without be affected by the signal amplitude attenuation， and can be quickly calculated by computer. In this paper， the graphical programming language Simulink is adopted to simulate the direction-finding algorithm of phase interferometer respectively from the time domain and frequency domain. The simulation results show that the accuracy of the direction-finding algorithm is acceptable.

【Key words】Radio direction finding； Phase interferometer； Simulink simulation

0 引言

無(wú)線電測(cè)向是利用無(wú)線電定向測(cè)量設(shè)備確定正在工作的目標(biāo)無(wú)線電發(fā)射臺(tái)（輻射源）的方位的過(guò)程，在無(wú)線電管理領(lǐng)域有著極其重要的作用。無(wú)線電測(cè)向的物理基礎(chǔ)是無(wú)線電波在均勻媒質(zhì)中傳播的勻速直線特性以及定向天線接收電波的方向性。所有的測(cè)向設(shè)備從測(cè)量技術(shù)的本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，都是利用天線輸出信號(hào)在振幅或相位上反映出來(lái)的與目標(biāo)來(lái)波方位有關(guān)的特性進(jìn)行測(cè)量。相位干涉儀測(cè)向算法顧名思義是利用無(wú)線電信號(hào)到達(dá)測(cè)向天線的相位信息來(lái)進(jìn)行測(cè)向的，這種算法不受信號(hào)強(qiáng)度衰減的影響，與振幅法相比具有更高的測(cè)向精度[1]。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中[2-4]。本文將利用Simulink對(duì)相位干涉儀側(cè)向算法的理論原理及實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行仿真

1 相位干涉儀測(cè)向原理

相位法測(cè)向是通過(guò)測(cè)量?jī)筛被蚨喔蔽挥诓煌ㄇ暗奶炀€輸出信號(hào)的相位差進(jìn)行測(cè)向，是無(wú)線電測(cè)向的一種重要技術(shù)手段，該方法可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速計(jì)算，在無(wú)線電測(cè)向領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用[5]。

以單基線干涉儀測(cè)向?yàn)槔潆姴ǖ竭_(dá)相鄰天線陣元形成的波程差如圖1所示[6-7]。圖中測(cè)向天線陣由兩個(gè)陣元組成，假設(shè)輻射源與陣元相距很遠(yuǎn)，所以可認(rèn)為輻射源發(fā)射到陣元1和2的信號(hào)平行。假設(shè)陣元1和陣元2之間的間距為d，來(lái)波方向與陣列法線方向的夾角為θ。測(cè)向的實(shí)質(zhì)是測(cè)量夾角θ。

陣元1和陣元2接收到的信號(hào)傳播存在波程差，因而也存在相位差。設(shè)陣元1接收信號(hào)為

從上可以看出，信號(hào)傳播距離差為Δl=d×sinθ，則相位差為：

Δφ=2π×d×sinθ/λ

實(shí)際中d、λ均已知，所以只要得到陣元1和2接收信號(hào)的相位差，便可以求出θ。需要注意的是，為了避免相位模糊問(wèn)題，常需要滿足條件Δφ<π，Δφmax=2π×d/λ<π，即d必須小于λ/2。

1.1 時(shí)域干涉儀測(cè)向原理

1.2 頻域干涉儀測(cè)向原理

對(duì)r1（t），r2（t）分別作FFT可得

式中RI（ω）與RI（ω）分別為信號(hào)頻譜的虛部與實(shí)部，可求出兩陣元接收信號(hào)的相位差為

然后可采用前述相同的方法得到方向角的估計(jì)。

2 Simulink建模

現(xiàn)代數(shù)字通信通常采取二進(jìn)制，本文選取二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)作為BPSK調(diào)制的基帶信號(hào)，在此基礎(chǔ)上加入高斯白噪聲來(lái)模擬實(shí)際環(huán)境中的信號(hào)。為模擬兩路天線單元的信號(hào)，在BPSK信號(hào)的基礎(chǔ)上加入一定角度的相移，并加入高斯白噪聲。將以上所得的兩路信號(hào)分別經(jīng)過(guò)時(shí)域和頻域計(jì)算，分別得到時(shí)域和頻域的相位干涉法測(cè)向結(jié)果。側(cè)向算法的Simulink模型與仿真結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)本文第2部分的理論，計(jì)算出個(gè)各模塊的參數(shù)如表1所示。

通過(guò)設(shè)置不同相位差進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，時(shí)域和頻域測(cè)向仿真結(jié)果如表2所示。

從仿真結(jié)果可以看出，對(duì)不同方向的來(lái)波方向均可以較準(zhǔn)確的測(cè)出來(lái)波方向，測(cè)向誤差在滿足側(cè)向要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

相位干涉儀測(cè)向方法不受信號(hào)幅度衰減的影響，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速計(jì)算，測(cè)向速度快，測(cè)向精度高，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相位法測(cè)向已成為無(wú)線電測(cè)向的重要方法。

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（上接第132頁(yè)）

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