乾涉儀測向原理、方法與應用

目 錄
第1章 緒論 1
1.1 電磁波的乾涉現象與乾涉測量 3
1.1.1 電磁波的各種乾涉現象 3
1.1.2 使用乾涉儀對電磁波進行乾涉測量 6
1.2 光波頻段的電磁波乾涉測量及其重大歷史事件 8
1.2.1 Michelson-Morley乾涉實驗——證實了“以太”的不存在性 8
1.2.2 LIGO乾涉實驗——證實了引力波的存在性 10
1.3 無線電波頻段的電磁波乾涉測量與電子對抗偵察應用 12
1.3.1 電子對抗偵察技術方向簡介 12
1.3.2 對無線電波信號的瞬時測頻 13
1.3.3 對無線電波信號的乾涉儀測向 18
1.3.4 公開文獻報道的具備乾涉儀測向功能的電子對抗偵察裝備 21
1.3.5 測向應用的主要技術指標與單位換算關系 23
1.4 本書的篇章結構與主要內容 25
本章參考文獻 27
第2章 乾涉儀測向的理論模型與解算方法 29
2.1 長短基線組合乾涉儀測向 29
2.1.1 一維線陣乾涉儀測向模型 29
2.1.2 測向誤差影響因素與相鄰基線長度比設計準則 32
2.1.3 虛擬基線與參差基線的設計 34
2.1.4 一維線陣乾涉儀測向系統的設計示例 39
2.1.5 從一維線陣乾涉儀測向到二維面陣乾涉儀測向的模型擴展 41
2.2 乾涉儀測向中相位差解模糊的輔助方法 43
2.2.1 用比幅測向結果來解乾涉儀的相位差模糊 44
2.2.2 聯合到達時間差估計的乾涉儀相位差解模糊方法 45
2.2.3 乾涉儀相位差的概率解模糊與其他解模糊方法 46
2.3 相關乾涉儀測向 48
2.3.1 相關乾涉儀測向模型 48
2.3.2 對相關乾涉儀測向方法的改進與實現 52
2.3.3 無線電頻譜監測應用中的單通道相關乾涉儀測向 59
2.4 相關乾涉儀測向的應用舉例與產品介紹 62
2.4.1 超短波頻段相關乾涉儀的一維測向 62
2.4.2 對L頻段海事衛星通信終端上行信號的相關乾涉儀測向 63
2.4.3 20～3000MHz的三層5元圓陣相關乾涉儀測向 64
2.4.4 Ku頻段圓陣相關乾涉儀的一維測向 65
2.4.5 羅德與施瓦茨公司研製的典型相關乾涉儀測向產品 66
2.5 對乾涉儀測向模型中應用邊界條件的分析與討論 69
2.5.1 對平面電磁波測向與對球面電磁波測向的差異 69
2.5.2 一維線陣乾涉儀測向在三維空間中的圓錐效應 72
2.5.3 二維圓陣相關乾涉儀在一維方位測向時不同仰角的影響 72
本章參考文獻 74
第3章 乾涉儀通道間信號的相位差測量及誤差特性分析 77
3.1 接收通道間信號的相位差測量——鑒相技術 77
3.1.1 模擬鑒相技術 77
3.1.2 時域數字鑒相技術 81
3.1.3 頻域數字鑒相技術 84
3.1.4 時域數字鑒相與頻域數字鑒相的性能對比 85
3.2 乾涉儀通道間信號的相位差測量所能達到的精度 87
3.2.1 信噪比的不同定義及相互之間的換算關系 87
3.2.2 影響乾涉儀通道間相位差測量的因素與相位差測量精度的計算 91
3.2.3 利用去調制理論解釋乾涉儀相位差測量精度計算公式 95
3.2.4 利用匹配濾波理論解釋乾涉儀相位差測量精度計算公式 97
3.3 特殊場景下的乾涉儀測向與通道間信號的相位差測量 101
3.3.1 對帶內功率信噪比為負分貝數的數字調相信號的乾涉儀測向 101
3.3.2 非對稱乾涉儀測向及相位差測量精度分析 105
3.4 乾涉儀時差測向分析模型與單基線乾涉儀測向應用 109
3.4.1 電磁波在乾涉儀基線上的渡越效應 109
3.4.2 乾涉儀時差測向分析模型 110
3.4.3 對頻域非完整信號的單基線乾涉儀測向 115
3.4.4 基於相位差進行測向與基於時差進行測向的精度對比 118
本章參考文獻 119
第4章 乾涉儀的單元天線及其模型近似的相關問題分析 121
4.1 各種典型的乾涉儀單元天線 121
4.1.1 偶極子天線 123
4.1.2 寬帶螺旋天線 124
4.1.3 對數周期天線 125
4.1.4 Sinuous天線 127
4.1.5 喇叭天線 128
4.2 單元天線相位中心的確定與頻率無關乾涉儀測向 129
4.2.1 偶極子對數周期天線的可變相位中心 129
4.2.2 基於對數周期單元天線的頻率無關乾涉儀測向 132
4.2.3 採用頻率無關乾涉儀構成比幅比相復合測向系統 133
4.2.4 基於錐螺旋天線的頻率無關乾涉儀測向 134
4.3 採用拋物面天線作為乾涉儀的單元天線 136
4.3.1 拋物面天線的特性 136
4.3.2 拋物面天線的架設與反射式乾涉儀 137
4.3.3 帶反射鏡旋轉的反射式旋轉乾涉儀 139
4.4 與單元天線相關的各種因素對乾涉儀測向的影響分析 140
4.4.1 單元天線極化的一致性對乾涉儀測向的影響 140
4.4.2 單元天線波束旁瓣對乾涉儀測向的影響 142
4.4.3 天線罩對乾涉儀測向的影響 143
4.4.4 寬頻帶圓陣乾涉儀測向中單元天線之間的互耦效應 145
4.5 單元天線中的噪聲與極低信噪比條件下的信號接收新模型 146
4.5.1 傳統的陣列信號接收模型 146
4.5.2 天線中的噪聲與外界環境背景輻射 147
4.5.3 陣列信號接收新模型 148
4.5.4 陣列信號接收新模型的應用及對乾涉儀測向的影響 150
本章參考文獻 152
第5章 乾涉儀的各種天線陣型及其與應用相關的問題分析 154
5.1 十字交叉乾涉儀 155
5.1.1 雙十字交叉形式的二維乾涉儀 155
5.1.2 NAVSPASUR系統中二維測向的十字交叉乾涉儀 155
5.1.3 基線分離的十字乾涉儀及其二維測向處理系統 156
5.1.4 十字交叉乾涉儀工程產品示例 159
5.2 圓陣乾涉儀 160
5.2.1 圓陣乾涉儀二維測向通用模型 161
5.2.2 將圓陣二維測向分解為兩個一維相關乾涉儀測向 161
5.2.3 9元均勻橢圓陣乾涉儀一維測向 162
5.2.4 圓陣乾涉儀工程產品示例 163
5.3 其他陣型乾涉儀 166
5.3.1 L形陣乾涉儀 166
5.3.2 環形陣（Y形陣）乾涉儀 167
5.3.3 半圓陣乾涉儀及其擴展形式 168
5.3.4 三維空間布陣的立體基線乾涉儀 169
5.4 旋轉乾涉儀 170
5.4.1 旋轉乾涉儀測向原理與模型 171
5.4.2 旋轉乾涉儀中的相位差解模糊與測向求解方法 172
5.4.3 旋轉乾涉儀的典型應用與其他演變形式 173
5.5 乾涉儀測向與陣列測向的對比與綜合 174
5.5.1 乾涉儀測向與典型陣列測向方法的對比 175
5.5.2 乾涉儀測向與陣列測向的綜合應用 177
5.6 影響乾涉儀測向工程應用的內外因素與改善措施 178
5.6.1 外部主要影響因素：工作場地對乾涉儀測向的影響 179
5.6.2 內部主要影響因素：接收支路差異對乾涉儀測向的影響 180
5.6.3 乾涉儀測向中兩類校正系統的設計與應用對比 182
5.6.4 乾涉儀測向的其他校正方法及應用 185
本章參考文獻 190
第6章 同頻多信號同時進入乾涉儀的效應分析 193
6.1 多徑效應對乾涉儀測向的影響分析 193
6.2 對乾涉儀測向系統的人為主動同頻乾擾 195
6.2.1 三點源對乾涉儀一維測向的相關乾擾 196
6.2.2 兩點源對乾涉儀一維測向的相乾乾擾 197
6.2.3 兩點源對乾涉儀二維測向的相乾乾擾 199
6.2.4 相乾乾擾在抗反輻射攻擊的相乾誘餌中的應用 200
6.3 乾涉儀對同時同頻多信號的測向方法 200
6.3.1 基於矢量合成的乾涉儀對相乾信號的測向 201
6.3.2 以DBF陣列天線為單元天線的乾涉儀測向 206
6.3.3 在地面鏡像反射乾擾條件下乾涉儀對主信號的測向 208
6.3.4 基於信號盲分離的同頻多信號測向 209
6.4 同時同頻多信號的陣列測向方法及其在乾涉儀測向中的延續應用 211
6.4.1 天線陣列對多個同時到達的同頻信號的測向 211
6.4.2 從滿陣到稀布陣、最後到乾涉儀最簡陣的演化過程 214
6.4.3 採用常規陣列信號處理方法的乾涉儀對多個同頻不相關信號的測向 215
本章參考文獻 218
第7章 基於乾涉儀測向的無源定位 220
7.1 單條測向線與約束面相交的無源定位 220
7.1.1 單站測向對地面輻射源的無源定位 221
7.1.2 單站測向對等高度約束面上的輻射源的無源定位 224
7.2 多條測向線相互交叉的無源定位 225
7.2.1 多站測向交叉無源定位原理 226
7.2.2 基於高精度測向的固定單站測向交叉無源定位 227
7.3 超長基線乾涉儀近場定位原理與相似性對比 232
7.3.1 乾涉儀基線的近場與遠場的劃分 232
7.3.2 超長基線乾涉儀對近場球面電磁波的相位差測量與定位解算 234
7.3.3 超長基線乾涉儀近場定位與固定單站測向交叉定位的相似性對比 235
7.4 基於乾涉儀相位差變化率的運動單站無源定位 236
7.4.1 基於乾涉儀相位差變化率的運動單站無源定位原理 237
7.4.2 基於相位差變化率的運動單站定位與多站測向交叉定位的統一性分析 239
7.5 基於旋轉乾涉儀的運動單站無源定位 245
7.5.1 基於最大後驗概率的定位求解方法 245
7.5.2 基於相位差變化率觀測序列最優擬合的定位求解方法 248
本章參考文獻 249
第8章 無線電波乾涉效應的其他典型應用 251
8.1 從楊氏雙縫乾涉實驗結果解釋雷達對抗中的交叉眼乾擾原理 251
8.1.1 歷史上的楊氏雙縫乾涉實驗 251
8.1.2 對單脈沖跟蹤雷達實施交叉眼乾擾的原理 252
8.1.3 相乾乾擾信號在空間中所形成的乾涉條紋及對雷達的乾擾效應 254
8.1.4 示例性模擬驗證 255
8.2 基於回波信號反相疊加的雷達有源隱身 257
8.2.1 基於回波信號反相疊加的雷達有源隱身原理 258
8.2.2 有源隱身在工程實現上需要滿足的條件與面臨的問題 259
8.3 深空探測中的超大型甚長基線乾涉儀測向 260
8.3.1 甚長基線乾涉儀測向的工作原理 261
8.3.2 連接端乾涉測量技術及應用 263
8.4 乾涉儀測向在衛星導航中的應用——GNSS姿態儀 264
8.4.1 GNSS姿態儀的工作原理 264
8.4.2 衛星導航信號的相位差測量中整周模糊度的解算 266
8.5 多波長信號乾涉測距及其在測控通信中的應用——側音測距 267
8.5.1 側音測距的工作原理 267
8.5.2 側音測距的工程實現 268
8.6 乾涉合成孔徑雷達 270
8.6.1 InSAR的主要類型 271
8.6.2 雙天線InSAR的工作原理 272
8.6.3 各種InSAR成像試驗中的乾涉圖樣與目標的三維重建 273
8.7 乾涉儀測向技術研發與工程應用的後續發展展望 275
本章參考文獻 276
縮略語 278