相位干涉仪测向算法的Simulink仿真

姜水桥　李有

【摘 要】相位干涉仪测向方法是一种重要的无线电测向方法，它不受信号幅度衰减的影响，只与电磁波到达不同天线阵元的时间有关，并且可以利用计算机快速计算。本文采用Simulink图形化编程语言，分别从时域和频域两个角度对相位干涉仪测向算法进行了计算机仿真，仿真结果表明该算法具有较高的测向精度。

【关键词】无线电测向；相位干涉仪；Simulink仿真

中图分类号： TH744.3 文献标识码： A 文章编号： 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

无线电测向是利用无线电定向测量设备确定正在工作的目标无线电发射台（辐射源）的方位的过程，在无线电管理领域有着极其重要的作用。无线电测向的物理基础是无线电波在均匀媒质中传播的匀速直线特性以及定向天线接收电波的方向性。所有的测向设备从测量技术的本质上来说，都是利用天线输出信号在振幅或相位上反映出来的与目标来波方位有关的特性进行测量。相位干涉仪测向算法顾名思义是利用无线电信号到达测向天线的相位信息来进行测向的，这种算法不受信号强度衰减的影响，与振幅法相比具有更高的测向精度[1]。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中[2-4]。本文将利用Simulink对相位干涉仪侧向算法的理论原理及实现过程进行仿真

1 相位干涉仪测向原理

相位法测向是通过测量两副或多副位于不同波前的天线输出信号的相位差进行测向，是无线电测向的一种重要技术手段，该方法可以利用计算机进行快速计算，在无线电测向领域已得到广泛应用[5]。

以单基线干涉仪测向为例，其电波到达相邻天线阵元形成的波程差如图1所示[6-7]。图中测向天线阵由两个阵元组成，假设辐射源与阵元相距很远，所以可认为辐射源发射到阵元1和2的信号平行。假設阵元1和阵元2之间的间距为d，来波方向与阵列法线方向的夹角为θ。测向的实质是测量夹角θ。

阵元1和阵元2接收到的信号传播存在波程差，因而也存在相位差。设阵元1接收信号为

从上可以看出，信号传播距离差为Δl=d×sinθ，则相位差为：

Δφ=2π×d×sinθ/λ

实际中d、λ均已知，所以只要得到阵元1和2接收信号的相位差，便可以求出θ。需要注意的是，为了避免相位模糊问题，常需要满足条件Δφ<π，Δφmax=2π×d/λ<π，即d必须小于λ/2。

1.1 时域干涉仪测向原理

1.2 频域干涉仪测向原理

对r1（t），r2（t）分别作FFT可得

式中RI（ω）与RI（ω）分别为信号频谱的虚部与实部，可求出两阵元接收信号的相位差为

然后可采用前述相同的方法得到方向角的估计。

2 Simulink建模

现代数字通信通常采取二进制，本文选取二进制随机数作为BPSK调制的基带信号，在此基础上加入高斯白噪声来模拟实际环境中的信号。为模拟两路天线单元的信号，在BPSK信号的基础上加入一定角度的相移，并加入高斯白噪声。将以上所得的两路信号分别经过时域和频域计算，分别得到时域和频域的相位干涉法测向结果。侧向算法的Simulink模型与仿真结果如图4所示。

根据本文第2部分的理论，计算出个各模块的参数如表1所示。

通过设置不同相位差进行仿真实验，时域和频域测向仿真结果如表2所示。

从仿真结果可以看出，对不同方向的来波方向均可以较准确的测出来波方向，测向误差在满足侧向要求。

3 结束语

相位干涉仪测向方法不受信号幅度衰减的影响，可以通过计算机进行快速计算，测向速度快，测向精度高，随着计算机技术的发展，相位法测向已成为无线电测向的重要方法。

【参考文献】

[1]杨洁，王磊.电磁频谱管理技术[M].清华大学出版社.2016年5月.

[2]裴禹豪，曲毅，李锦明.基于simulink的2FSK信号包络检波解调的设计与实现[J].电子测试，2017，（7）：11，6. DOI：10.3969/j.issn.1000-8519.2017.07.004.

[3]贺广松，李新洪，王谦， 等.基于Matlab/Simulink的无人飞行器导航精度分析[J].兵工自动化，2017，36（9）：8-11. DOI：10.7690/bgzdh.2017.09.003.

[4]王国林，王玉文，黄永兢， 等.基于MUSIC算法的相位干涉仪测向[J].通信技术，2013，（11）：29-32. DOI：10.3969/j.issn.1002-0802.2013.11.006.（下转第143页）

（上接第132页）

[5]龚享铱，皇甫堪，袁俊泉.基于相位干涉仪阵列二次相位差的波达角估计算法研究[J].电子学报，2005，33（3）：444-446.DOI：10.3321/j.issn：0372-2112.2005.03.015.

[6]居易，邵文建.基于多基线相位干涉仪的测向算法研究[J].舰船电子对抗，2018，41（3）：96-99. DOI：10.16426/j.cnki.jcdzdk.2018.03.022.

[7]纪强，罗义军，李劲， 等.实际入射角的相位干涉仪测角方法[J].中国空间科学技术，2012，32（1）：72-76. DOI：10.3780/j.issn.1000-758X.2012.01.011.