數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)中的相位差測(cè)量及誤差

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　　本文給出了數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)模型，討論了數(shù)字化相位差測(cè)量方法，推導(dǎo)了數(shù)字化相位測(cè)量的數(shù)字化方法誤差函數(shù)和由通道噪聲引起的信號(hào)相位誤差分布密度函數(shù)。相位差測(cè)量的精度直接影響系統(tǒng)測(cè)向的精度，還會(huì)影響解相位差模糊和天線陣列基線設(shè)置等一系列系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。傳統(tǒng)的相位差測(cè)量方法都是利用窄帶信號(hào)干涉原理把相位差轉(zhuǎn)化為幅度進(jìn)行測(cè)量的，因而其只能夠適用于窄帶信號(hào)的相位差測(cè)量，且測(cè)量精度受幅度測(cè)量誤差的影響較大。本文提出的數(shù)字化相位差測(cè)量方法，其基本思想是把信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻率域，利用信號(hào)的相位譜直接完成在給定頻率點(diǎn)上相位差的測(cè)量，且全面的分析了相位差測(cè)量誤差。

　　1 數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)模型

　　數(shù)字化就是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型，把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)制代碼，引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行統(tǒng)一處理，這就是數(shù)字化的基本過程。解釋二：數(shù)字化將任何連續(xù)變化的輸入如圖畫的線條或聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為一串分離的單元，在計(jì)算機(jī)中用0和1表示。通常用模數(shù)轉(zhuǎn)換器執(zhí)行這個(gè)轉(zhuǎn)換。當(dāng)今時(shí)代是信息化時(shí)代，而信息的數(shù)字化也越來越為研究人員所重視。早在40年代，香農(nóng)證明了采樣定理，即在一定條件下，用離散的序列可以完全代表一個(gè)連續(xù)函數(shù)。就實(shí)質(zhì)而言，采樣定理為數(shù)字化技術(shù)奠定了重要基礎(chǔ)。英文digit譯成“數(shù)字”是大陸的譯法。最開始是不是由原信產(chǎn)部的研究所科研人員這樣譯出，尚不可考，愿有心有力者相助查尋。

　　非均勻線陣的天線數(shù)為m，天線的間距分別為d1，d2，L dm-1寬帶入射信號(hào)分別為s(t)，入射方向與陣列法線的交角分別為θ。

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　　其中τ信號(hào)在第i個(gè)天線上相對(duì)于第O個(gè)天線的時(shí)間延遲，c是光速常數(shù)，di(l=1，2，L，m一1)為天線間距。對(duì)式(2)兩邊同做傅立葉變換：

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　　式(4)中φs(f)表示信號(hào)s的相位譜;φi為由噪聲譜對(duì)信號(hào)相位譜影響產(chǎn)生的誤差。作如下的相位差變換：

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　　式(6)中相位差△φxi(f)是無模糊的相位差。然而實(shí)際中由于天線陣列的間距大于半波長(zhǎng)因而相位差是有模糊的。

　　不妨令：

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　　式中bi是有模糊的相位差，ni表示模糊整數(shù)，ai為相對(duì)基線長(zhǎng)度，ei為相位差誤差。則式(6)可代換為：

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　　這是數(shù)字化寬帶測(cè)向系統(tǒng)模型。

　　以下的工作都是圍繞這個(gè)模型展開。其一是如何測(cè)量相位差bi(i=1，2，L，m一1) 及推導(dǎo)相位差測(cè)量誤差ei(i=l，2，L，m一1)的分布密度函數(shù)。其二是如何快速求解模糊整數(shù)ni(i=1，2，L，m一1)，即快速解模糊問題，這將在第二篇論文中討論。其三是如何求解x的最優(yōu)估計(jì)值從而獲得測(cè)向角θ=arcsin(x)，并進(jìn)行測(cè)向角測(cè)量誤差分析;同時(shí)還會(huì)討論如何進(jìn)行天線陣列的設(shè)計(jì)問題。