机载干涉仪阵列地面静态标校系统研究

章宏权,黄劼

（四川大学 制造科学与工程学院,四川 成都 610065）

机载干涉仪阵列地面静态标校系统研究

章宏权,黄劼

（四川大学 制造科学与工程学院,四川 成都 610065）

摘 要：机载干涉仪阵列的标校工作是保证其测向精度的重要环节，标校时需要将干涉仪阵列测得的信号源方位角和俯仰角与准确值进行比对，并计算测向误差进而加以校准。针对目前机载干涉仪阵列标校所存在的一些问题,本文研究了基于电子全站仪作为坐标真值获取手段的地面静态标校方法。具体介绍了标校系统原理、标校流程以及数学计算模型，试验表明该标校方案可行，数据处理快速可靠，满足实际应用的技术要求。

关键词：机载干涉仪阵列；地面静态标校；电子全站仪；计算模型

0　引言

随着航空电子侦察技术的发展，机载干涉仪阵列测向系统由于覆盖范围大、机动灵活和能够单机对信号源进行无源定位等优点，越来越受到关注[1]。目前对于机载干涉仪阵列测向系统的研究很广泛，但主要集中于阵列设计、测向算法及误差分析，对于标校问题涉及较少[1-5]。机载干涉仪阵列的测向误差与阵列设计、测向算法、阵列安装、机载平台的电磁环境等诸多因素有关，如飞机金属蒙皮对测向天线幅相特性的影响、载机内部电磁兼容问题、信号传输过程中的多径效应、相位模糊以及载机姿态等[5]。

为了提高机载干涉仪测向系统精度，不仅需要从阵列的设计、测向算法、安装精度、载机电磁干扰等环节予以改进，标校也是一项重要而有效的技术手段。机载干涉仪阵列的标校一般分为静态标校和动态标校，动态标校法是在实际飞行中对指定频率和位置的信号源进行测试，与实际运行状态最为相近，能最大限度消除系统误差，缺点是标校数据重复性差且实施成本高，载机机动对标校精度也有影响；静态标校法具有精度高、数据重复性好、成本低的特点，且避免了载机机动的影响[6]。

目前对于机载干涉仪阵列的标校而言，主要是依靠人工手动完成，这种传统标校方法的缺点是对测量人员专业要求高、容易出错、标校精度低且操作复杂低效，本文研究一种基于电子全站仪的机载干涉仪阵列地面静态标校方法，该方法通过标校控制器控制电子全站仪进行测量,充分发挥了电子全站仪高效、高精度的优势，相对传统标校方法而言，该标校方法操作简便、精度高、数据重复性好。

1　地面静态标校方法介绍

1.1标校的基本原理

阵列坐标系、载机坐标系、导航坐标系之间的变换关系可由下式给出：

干涉仪阵列上的两个固定点是建立阵列坐标系的基准点，以这两固定点的连线为x轴，连线的中垂线为y轴依照右手定则构成干涉仪阵列坐标系，其中x轴正向指向机头。标校系统对信号源的直接测量结果是基于干涉仪阵列坐标系，利用矩阵可以将该测量结果进一步变换到导航坐标系之中，机载干涉仪测向系统给出的测向结果也是基于导航坐标系，因此在同一坐标系下可以将干涉仪阵列的测量结果同标校真值进行比对。

标校系统主要由标校控制器、电子全站仪、信号源小车三部分组成，标校系统平面示意图如图1所示。固定点A和B分别为干涉仪阵列上的靠近机头和机尾的两个固定点，信号源与飞机的距离为100米左右，弧线上的圆圈代表测试点。1.3 标校流程

图1　标校系统示意图Fig.1 Diagram of Calibration System

系统标校流程如图2所示。在外场安装好相关设备之后，首先在标校控制器上对全站仪参数（大气压、仪高、气温、棱镜常数等）进行初始化[7]；然后选定标校方案，标校方案主要包括变点定频、定点变频以及随机测量三种；随后测量载机外部两点的坐标来建立阵列坐标系，对于首次标校的机型，还需要测量阵列上两个固定点的坐标；接着在标校控制器的引导下，信号源小车移动到标校方案中指定的位置点，到位之后发出指定频率的脉冲信号，等待干涉仪阵列测向完毕，然后继续下一频点的测量，操作步骤相同，直到标校方案执行完毕；最后将标校真值转换到导航坐标系中，同干涉仪阵列的测量结果进行比对，进而获得各个频点的测向误差来校准干涉仪阵列。

图2　标校流程图Fig.2 Calibration flow chart

2　标校真值的数学模型

2.1计算标校真值

图3　干涉仪阵列坐标系Fig.3 Interferometer array coordinate system

图4　坐标反推示意图Fig.4 Diagram of reverse calculate Coordinate

2.2数据处理

3　总结

研究了一种基于电子全站仪的机载干涉仪阵列的地面静态标校系统，该系统设备安装便捷、操作简单，充分发挥了电子全站仪的高效、高精度优势，并且采用的地面静态标校方法具有精度高、数据重复性好、成本低的特点。对某型机载干涉仪阵列的现场测试证明，该系统完全可以用于机载干涉仪阵列方位角和俯仰角的标校。对于其他载有干涉仪阵列的测向设备，也可以参考该方法进行标校。

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Research on static ground Calibration System of Airborne interferometer array

ZHANG Hong-quan, HUANG Jie
(School of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu, China, 610065)

Citation: ZHANG Hong-quan, HUANG Jie.Research on static ground Calibration System of Airborne interferometer array [J].The Journal of New Industrialization, 2015, 5(6): 59‒64.

Abstract:The calibration of airborne interferometer array is an indispensable part to ensure the direction finding precision.When calibrating the interferometer, a comparison between the Measurements and accurate values is required, and a calibration based on the measurement errors is also needed.Considering the fact that there are still some unsolved problems in the calibration of airborne interferometer array, this paper analyzes the ground static calibration methods in the light of the electronic total station as the coordinate to obtain the true value.Specifically, this paper introduces the theories of calibration system, calibration processes and mathematical models.The tests prove that this calibration method is feasible and the data processing is fast and reliable, which can meet the technical requirements of practical application.

Key Words:airborne interferometer array, ground static calibration, electronic total station, calculation model

作者简介:章宏权,2013年获得学士学位,现于四川大学读硕士研究生,主要研究方向为智能仪器设计、标校技术等。

本文引用格式：章宏权,黄劼.机载干涉仪阵列地面静态标校系统研究[J].新型工业化，2015，5(6)：59-64 DOI：10.3969/j.issn.2095-6649.2015.06.10