仅用相位差变化率的机载单站无源定位方法及其误差分析

针对以往单站无源定位系统中长短基线干涉仪系统复杂、角度测量易受干涉仪通道幅度/相位不一致的影响等问题,提出了一种仅仅利用长基线干涉仪(LBI)的相位差变化率实现单站无源定位的新方法,并对该定位方法误差的克拉美-罗下限(CRLB)进行了推导和分析,计算并分析了不同的干涉仪基线安装方向、不同的观测器运动方式下的定位误差几何分布(GDOP)。结果表明,仅用相位差变化率定位时,为了达到侧翼最好精度,干涉仪最好平行机身安装;为了达到侧前方较好精度,干涉仪需垂直安装;观测器的运动姿态最好发生某种机动变化。     

基于相位变化率的无源定位法

无源定位技术有着广阔的应用前景，本文在现有单站无源定位方法的基础上，介绍了相位变化率定位法。该方法利用观测平台上两个相互正交的相位干涉仪接收目标辐射电磁波的相位获取目标的方向信息，利用对应的相位变化率获取目标的径向距离信息，从而实现对目标的实时高精度定位。文中还给出了观测平台飞行姿态变化情况下的定位表达式。仿真结果表明，该方法是一种发展前途较好的单站无源定位方法。     

变化姿态角下的相位变化率无源定位方法研究

无源定位技术有着广阔的应用前景。在现有单站无源定位方法的基础上 ,介绍了相位变化率定位法。该方法利用观测平台上两个相互正交的相位干涉仪接收目标辐射电磁波的相位获取目标的方向信息 ,利用对应的相位变化率获取目标的径向距离信息 ,从而实现对目标的实时高精度定位。提出了在空中观测平台发生飞行姿态变化情况下的定位求解思路 ,即利用姿态变化条件下的测量数据直接求出目标在姿态变化前的原始载机坐标系中的位置。文中给出了这一思路下相应的定位表达式并引入修正增益扩展卡尔曼 (MGEKF)算法对原始定位结果进行滤波处理。仿真结果表明 ,该方法是一种发展前途较好的单站无源定位方法     

基于单个长基线干涉仪的运动单站直接定位

 针对以往单站无源定位系统中采用的多通道干涉仪或阵列测向系统复杂、易受通道间幅相不一致性影响等缺点,提出了一种基于信号子空间分解的运动单站单个长基线干涉仪(LBI)直接定位(DPD)方法。该方法采用量子粒子群优化(QPSO)方法获得定位初值,再利用Newton迭代方法得到精估计值。仿真结果表明:增加观测器的机动性,可对辐射源实现快速无模糊的定位;定位性能在较高信噪比(SNR)下可接近定位误差的克拉美-罗下限(CRLB),在低信噪比下优于多通道干涉仪仅测角(BO)和长基线相位差变化率定位方法。     

基于单个长基线干涉仪的运动单站直接定位

针对以往单站无源定位系统中采用的多通道干涉仪或阵列测向系统复杂、易受通道间幅相不一致性影响等缺点,提出了一种基于信号子空间分解的运动单站单个长基线干涉仪(LBI)直接定位(DPD)方法。该方法采用量子粒子群优化(QPSO)方法获得定位初值,再利用Newton迭代方法得到精估计值。仿真结果表明:增加观测器的机动性,可对辐射源实现快速无模糊的定位;定位性能在较高信噪比(SNR)下可接近定位误差的克拉美-罗下限(CRLB),在低信噪比下优于多通道干涉仪仅测角(BO)和长基线相位差变化率定位方法。     

姿态抖动运动单平台LBI无源定位系统的角变化率估计和定位算法研究

 研究了采用长基线干涉仪(LBI)体制的运动单平台无源定位系统受平台姿态抖动影响的问题,指出由于平台姿态的快速无规则变化,相位差变化率(RPDC)方法将难以适用,应当采用目标方位角变化率参数进行定位。基于此,针对三维几何空间,提出了一种RP-LS方法估计目标方位角变化率,继而实现对目标的定位。仿真结果表明,该方法能有效解决LBI体制运动单平台定位系统对姿态抖动的适应问题,实现对目标的快速高精度定位。     

运动单站干涉仪相位差直接定位方法

针对传统干涉仪测向定位在低信噪比(SNR)下性能降低、多频段系统复杂等缺点,本文直接利用运动单站干涉仪模糊相位差(PD)实现对地面静止辐射源定位.为解决该定位问题,结合干涉仪相位差的几何特性,提出了一种多角度距离参数化高斯和滤波(MB-RP-GMF)定位解算方法,利用相位差误差检测获得多个初始方位角,通过距离参数化得到一组滤波初始值,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行定位计算.仿真结果表明,该定位方法在低信噪比下优于仅测向(BO)定位,且仅采用一组干涉仪便可对多个频段辐射源进行定位.     

机载单站无源定位系统中相位差变化率提取方法(英文)

相位差变化率含有目标辐射源的距离信息,是机载单站无源定位系统中的重要参数。本文以正弦单载波脉冲信号为例,分析了基于相位差变化率的单站无源定位原理,以及测量误差的组成。基于对Cramer-Rao下限的分析,提出了一种基于多次观测的相位差变化率的高精度测量方法——时间片处理法。在相位差变化率的测量中,当信噪比较低时,频域鉴相方法优于时域鉴相方法,多时间片处理能够显著地降低测量方差,仿真验证了此算法的正确性和有效性。典型的无源定位场景的仿真验证了算法对动态测量的适应性。此测量算法简单、计算量小,易于实现。     

脉冲式冷原子干涉仪敏感惯性参量物理机制的新理解

脉冲式冷原子干涉仪应用在惯性量测量领域已有数十年的历史.一般来说,人们通过原子在空间中的运动轨迹来确定原子在不同路径下所积累的相位差,结合激光本身所携带的相位最终得到原子干涉仪输出相位的表达式,并最终给出探测信号与所测量惯性参量的关系式.但在干涉仪处在动态情况下时,这种计算方式并不能很方便地给出解算表达式.提出一种对脉...     

仅基于相移检测的机载直接测距方法

通过将相位-距离方程与多普勒频移相融合,并利用在到达角和前置角之间的互余关系,得到了相移与相位差变化率、多普勒频移及变化率之间的函数关系。在此基础上,进一步导出了径向加速度和切向速度的相移检测公式,由此即给出了仅基于相移检测的机载直接测距公式。新的测距方法不仅检测方法简单,而且具有可实现实时探测,不需要限定机载站作匀速直线运动等特点。     

The Effect of Ground Reflections and Scattering on an Interferometer Direction Finder

The azimuth and elevation angles of an airborne beacon transmitter can be determined using a direction finder comprised of two orthogonal interferometers located near the earth's surface. In this paper we consider the reflection of the incident electromagnetic field by the earth's surface and the resultant effect on the direction-finding system. The analysis yields an upper bound or limit to the interferometer phase error and the corresponding error in bearing angle that can result because of specular reflection and diffuse scattering.     

高速对称刚性转子碰摩运动的稳定性分析

分析了高速对称刚性转子圆柱形和圆锥形碰摩运动。当转子两端的轴承同时发生不良润滑,造成转子两端同时与轴承接触,产生圆柱形碰摩运动,给出了发生圆柱形碰摩运动时系统的稳定范围,讨论了摩擦系数、轴承径向间隙、碰摩发生时的初始角度与失稳涡动角速度的关系。当转子一端的轴承发生不良润滑,而另一端的轴承正常工作时发生圆锥形碰摩运动,分析发现其碰摩运动的稳定性取决于其系统本身物理参数,进行了分岔分析。      

Observability Requirements for Three-Dimensional Tracking via Angle Measurements

Observability requirements previously established for bearings-only tracking in two dimensions are extended to a class of three-dimensional estimation algorithms capable of processing any pairwise combination of azimuth bearing, conical bearing, and depth/elevation angle measurements. Although these algorithms are intrinsically nonlinear, it is shown that they can be analyzed in a linear framework without sacrificing mathematical rigor. A simplified observability criterion, applicable to both autonomous and nonautonomous linear systems, is presented and utilized to specify conditions on own-ship motion which are both necessary and sufficient for a unique tracking solution. Further analysis reveals that observability dependence on own-ship maneuvers for the three-dimensional algorithms considered here parallels the concomitant two-dimensional requirements. An interesting difference, however, is that under certain conditions, a unique tracking solution can be obtained in three dimensions for unaccelerated own-ship motion.     

An Analysis of Wide-Band Microwave Monopulse Direction-Finding Techniques

This paper presents the concept, theory of operation, characteris tic equations, and error analysis of four wide-band monopulse techniques. The basic techniques described, which include pure amplitude monopulse, phase and amplitude monopulse (two-and three-channel configurations), and pure phase monopulse interferometer, are particularly applicable to monopulse direction finding systems that require frequency coverage over several octaves and open-loop angle bearing of several degrees. Sufficient detail and working formulas are included to permit a trade-off analysis to be made between the direction-finding techniques for selection in specific hardware applications.     

Novel wideband multimode hybrid interferometer system

In this paper, a novel hybrid of a three-element interferometer comprised of multimode antennas is analyzed. The phase ambiguities associated with the long baselines of the interferometer are resolved using the "coarse" angle estimates provided by the multimode antenna. This results in the elimination of the short baseline interferometers of the conventional five-element interferometer. It is shown here that the signal-to-noise ratio (SNR) must be above a threshold value to resolve the phase ambiguities with a high degree of probability. An expression that shows the dependence of this threshold SNR on the interferometer spacing and the variance of the angle estimates provided by the multimode antenna is derived. A single three-element wideband multimode antenna interferometer can replace several five-element conventional interferometers, each covering a separate frequency band.     

风扇叶片丢失激励下转子-支承系统结构安全性设计策略

以高涵道比涡扇发动机风扇叶片丢失载荷激励下的转子-支承系统为研究对象,提出了一套结构安全性设计策略,即通过支承方案与载荷分配、变刚度支承结构和支承结构变形控制,结合转子结构动力学特性设计,实现转子结构安全性设计.研究表明:风扇后支点采用变刚度支承结构设计,能够在转子减速停车过程中减小风扇局部振动临界转速与相应振幅.通过设计滚珠轴承支承锥壳锥角,能够使支承具有较高的轴向承载能力并减小转轴变形对滚珠轴承的影响.轴承座底部与转轴间采用鼓形配合面连接设计,能够在大弯矩作用下通过配合面相互滑移避免支承随转轴变形,保证轴承安全.研究结果可为恶劣载荷作用下高涵道比涡扇发动机结构安全性设计提供依据.      

定长补偿电火花铣削加工中锥形电极的形成及稳定性

电火花铣削可以利用简单电极加工复杂工件,对铣削过程中电极损耗进行补偿是保证工件加工精度的重要措施。使用圆柱电极进行定长补偿铣削加工,加工过程中电极端面会形成一个圆锥形。为保证补偿精度,对电极圆锥形端面的形成及稳定性进行了研究。通过对定长补偿下工件被加工情况的研究,阐述了圆锥形电极形成的具体过程;并且论证了在加工进入稳定阶段以后,圆锥端面角度会基本保持在一个恒定值,研究了初始加工深度和补偿长度对锥形过渡阶段的影响;在电极直径、电参数一定情况下,验证了加工模型中锥形角度与目标加工深度的函数关系,实验结果与模型计算结果相差2.1%;最后给出了加工实例,并获得较好的加工效果。     

圆锥面等测地曲率曲线的轨迹规划方法

为解决复合材料锥壳铺放过程中的纤维残余应变过大的问题,提出了等测地曲率曲线的轨迹规划方法。通过分析发现轨迹的测地曲率决定了纤维的残余应变,于是通过计算圆锥上任意曲线的测地曲率推导出了等测地曲率曲线的表达式,并证明在圆锥展开面上等测地曲率曲线是圆弧。最后,通过计算等测地曲率轨迹的残余应变及其与圆锥母线的夹角分析该轨迹铺放工艺性。结果表明:等测地曲率轨迹相较于固定角轨迹与测地线轨迹具有良好的可设计性和铺放工艺性。     

Interferometer Design for Elevation Angle Estimation

Radars that are developed for the purpose of monitoring aircraft landings in the terminal air traffic control system can be designed to exploit the relatively high signal-to-noise ratio that characterizes the power budgets calculated for such a link. An interferometer using a pair of low gain antennas can be used to obtain passive coverage over a targe azimuth and elevation sector. A large baseline can be used to obtain the desired elevation angle estimation accuracy. In this paper an optimal tradeoff between the width of the subarray aperture and the width of the interferometer baseline is performed that achieves a specified elevation angle estimation error while minimizing the overall height of the interferometer configuration. The algorithm searches through the class of antenna patterns that can be synthesized from so-called finite impulse response, linear phase digital filters. For the specific problem of designing an elevation sensor for monitoring landing aircraft on final approach, the elevation angle can be estimated with no more than 1-mrad rms error when the aircraft is within ± 60° azimuth, 2.5° to 40° elevation, using two 7-wavelength subarray antennas spaced 8 wave-lengths apart. The design of a separate sensor for resolving the interferometer ambiguities is formulated as a hypothesis testing problem and solved using statistical decision theory. A bound on the probability of an ambiguity error is derived that accounts for the effects of ground reflection multipath and receiver noise.