1.引言

干涉仪测向的实质就是利用电磁波信号到达固定间距的天线阵中不同天线阵元之间的时间差所产生的相位关系来确定无线电信号的方位。因为无线电信号相对于天线阵参考方向的方位与天线阵元间信号的相位分布有一一对应的关系，如果知道了天线阵元间的相位分布，亦知道了无线电信号的入射方位。相关干涉仪，所谓“相关”，其含义是“比较”，即通过比较获取的入射波相位分布与事先已存的各方位、各频率来波相位分布的相似性来得到入射波方向的。相对于传统干涉仪测向机，相关干涉仪没有必须有一组<λ/2基线的限制，所以，阵元间距可以超过λ/2,甚至超过λ，即以较少的天线元组成了较大孔径的天线阵，在一定工作频率范围内，天线阵可以得到简化。另外，由于采用了相关处理技术，弱化了传统干涉仪中由于互耦、载体等对测向精度的不利影响，因为这些影响虽然还存在，还影响着波阵面畸变，影响着相位分布的失真，但只要这些影响是稳定的，由于这些失真已经存入“样本”之中，通过相关处理，就在实际效果上弱化了 “它们”对测向精度的影响。

2. 基本原理

在远离辐射某一观察面上，设置一个由几个天线构成的天线阵列，尽管各天线可能有一些差别，并对电场有一定的扰动，但只要是稳定不变的，那么对一个确定频率，确定方位到达的电波，各天线元间输出一个确定的相对复电压数组，它们在复数平面上，就有一个确定的图案。如果在给定的频率上对θ1θ2···θm··· θM-1(θm=360m/M、m=0.1···M-1)方位上的电波事先测量并存储M个复数组作标准库，那么在同样频率上对未知方向电波按同样程序实时测得一个复数数组，并用这处复数数组与对应不同方向的标准数组进行比较，就会从标准库中找到一个最相近的数组（对应θn）和次相近的数组（对应θn+1）。如果M值足够大，说明待测电波的到达方向在θn与θn+1之间，通过内插运算，就可求得未知电波的到达方向θ。这就是相关干涉仪测向的基本思路。从这些描述，可以归结系统设计和测向的过程是：

建立一个天线阵列（一般为均匀圆阵）；

通过复数电压测量技术，事先对不同频率、众多方向的电波建立标准数据库；

对未知方向电波测向时，首先按照建立标准数据库的程序实时测得一个复数数组；

通过相关（比较）运算，求得电波的到达方向。

3. 双通道相关干涉仪测向系统

双信道相关干涉仪测向系统由多阵元天线、双通道信号接收机、信号处理单元组成，从而完成对入射信号的测向。双信道相关干涉测向的基本原理如图1所示，其中天线阵列用来接收从外界入射进来的无线电信号，在实际的相关干涉仪测向系统中，某段时间内，系统控制接收通道来接收两个需要的天线阵元上的信号。然后通过双通道信号接收机来接收，也就是将信号输入到两个射频通道内，将信号变频为中频信号，再对信号进行采样下变频。并将这些天线阵元上的信号通过信号接收机传送至测向信号处理单元，将此数据经过相应的信号处理，计算出信号的相位差信息并储存起来，计算完毕后，将双通道接收机重新连接到其他两两组合的天线阵元上，剩下的工作如上面所述，都是计算出一些相位差值并存储起来。把这些不同天线阵元组成的相位差信息形成一个相位差矢量。最终，按照某种相关比较规则，将这个相位差矢量与样本库中所对应的相位差矢量进行比较运算，在样本库中找出与这个实际测量的相位差矢量最接近的一组样本相位差矢量，再根据样本库信息，可以看到与之相对应的入射角度值，实现了入射信号的测向。在这个测向过程中采用了简单的矢量相关运算，而不是像相位干涉仪测向利用反余弦计算入射角度，也不需要解模糊的过程，能够完成全方位的测向，而且测向精度高，因而它是远远高于相位干涉仪的

图1 双通道相关干涉仪原理图

4. 单通道相关干涉仪测向系统

单个通道的接收不能直接获得同一入射波的相位差，必须要借助一些其他技术。在硬件应用上，把天线阵元间的相位关系转换成幅度关系，其中天线阵元间的幅度关系和相位关系的转变，是通过接收机之前的设备来实现的。再把信号传送到接收机进行信号的处理，最终用这些相位差信息求解出实际信号的来波方向。单通道相关干涉测向的基本原理如图2所示

图2 单通道相关干涉仪原理图

单通道相关干涉仪比双波道或三波道相关干涉仪在成本上大大节约，支撑的关键技术是射频预处理网络和相应的算法。单通道相关干涉仪除取样时间加长、测向灵敏度稍有损失外，完全保留了相关干涉仪的技术特征。

5. 相关干涉仪测向的技术优势

相关干涉仪和幅度体制或相位体制相比，具有高精度、高灵敏度和高抗扰度等突出特点。其技术优势为：

允许使用大孔径天线阵，因而有很强的抗多径失真能力。

天线阵的孔径变大并采用相关算法，为实现本机高精度奠定了基础。

相关干涉仪的本机测向准确度在很宽的频段内可以达到1°Rms，其原因有两点：一是在测量天线间电压时，因天线孔径大，天线元制造公差引起的电压测量误差相对测量读数变小；二是这些公差以及安装平台的影响等都可包含在样本中，在相关算法中都可自动消除（注意：这里要求天线阵是稳定不变的）。

天线阵的孔径变大并采用相关算法，也为实现高灵敏度奠定了基础。

相关干涉仪在很宽的频带内达到高灵敏度的原因也有两点：一是天线间隔加大降低了白噪声的干扰，比如测两天线间的相位差时，如果白噪声的干扰引起相位抖动为5°，测量两天线相位差为50°时，噪声干扰影响为1/10，若天线间隔加大一倍，两天线间相位差为100°，这时噪声影响降为1/20；二是相关增益，在对数据进行处理时，有类似积分的效果。

天线孔径变大并采用相关算法，还为抗带内干扰奠定了基础。

相关干涉仪的另一个特点是有较好的抗同道干扰的能力，只要带内干扰信号比被测信号电平小（3~5dB），测向就基本不受影响。其原因是天线孔径越大，相关曲线越尖锐，这和采用强方向性天线避开同带干扰的效果类似。经验表明，在d/λ=2时，相关曲线宽度低于20°。