安装角误差范文

安装角误差范文（精选3篇）

安装角误差 第1篇

应答着陆系统是一种基于应答机的精密进近着陆引导系统,为进近着陆的飞机提供精确的进场和着陆引导信息,通过询问并接收飞机应答信号,采用相位干涉式测角原理获得飞机的方位和仰角信息。TLS弥补了仪表着陆系统(ILS)的不足,克服了ILS对场地环境要求苛刻的缺点,只加装地面设备,利用飞机现有的ILS接收机和二次雷达机载设备,不对飞机进行任何改动就可在复杂场地条件和临时机场实现精密进近着陆,例如一些自然环境恶劣的山区机场、高原机场以及处于战略要害的军用机场等[1]。

采用相位干涉式测角具有精度高、结构简单和观测频带宽等特点,但是相位误差的存在将对角度测量产生重大影响,导致飞机的位置估计不准,影响系统的整体性能。分析查找相位误差的原理,采用合理的办法消除或减轻相位误差的影响显得非常重要。同时,系统采用多基线干涉仪测角,相位模糊问题[2]对测角准确性也有较大影响。对相位干涉仪测得的相位差解模糊处理也是提高测角精度的重要环节。

1 TLS测角的基本原理

2个接收天线同时接收飞机的应答信号,不同方位上飞机应答器发射的无线电信号到2个接收天线的距离不同,因而相位也不同。只要测出它们的相位差就可确定飞机的方位。TLS测角基本原理如图1所示。

假设2个接收天线分别位于A,B两点,它们之间的距离(基线)为d,飞机偏离基线中垂线的角度为θ,并且RA>>d,RB>>d,若鉴相器测得飞机应答信号的相位差为φ,则

由式(1)可知,d的取值越大,φ对θ的灵敏度就越高,测角误差就越小,但鉴相器的输出范围只能是[-π,π],因此d的取值不能无限的增大。一般地,当d≤λ/2时,相位差φ的取值肯定在[-π,π]的范围内,此时飞机角度θ也必然位于不模糊角范围[-θu,θu]内,且θu=arcsin(λ/2d)。不模糊角及飞机角度误差与归一化基线(d/λ)之间的关系如图2所示。

从图2中可以看出,测角精度与基线长度和不模糊角度构成一对矛盾,必须正确处理好基线长度与测角精度和相位模糊的问题。

2 TLS测角误差分析

这里假设各误差源相互独立,对式(1)中的变量做全微分后不难得到角度θ的测量精度为:

式中,σθ为角度θ的标准偏差;σφ为测量相位差φ的标准偏差;σλ为应答信号的频率标准偏差;σd为基线长度的标准偏差。

信号频率偏差和基线长度偏差相对较小,一般可以忽略,而测量相位差的误差则是影响测角精度的主要因素。引起的相位差误差的原因主要包括:天线馈线的设计、天线引入的系统误差主要来源于匹配网络相移的不一致、天线相位特性的畸变以及天线结构设计中的缺陷等;接收通道的相位不一致性主要包括2个信道之间固有的相位差或者由于环境和温度等因素引起的相位差,这是误差主要来源之一,基线设计带来的相位模糊问题也是影响测角精度的主要原因之一。

如果忽略了式(2)中信号频偏和基线测量偏差的影响,则TLS测角误差为:

3 相位误差的消除

3.1 通道失衡的消除

传输通道的失衡的影响主要包括2个通道之间固有的相位误差、系统误差以及环境温度变化等引起的相位误差[3]。应答信号和系统误差等都是经过相同的传输信道进行鉴相处理,可以同时采用差值法进行处理。以方位信号为例(仰角信号类似),在3根天线的每个天线接收通道前端增加一级控制开关,分别连接到天线阵元和同频参考信号源。当信号通过2路通道进行鉴相输出时,相位差中包含了通道不一致性和观测噪声等引入的相位误差,利用参考信号源产生的同频信号也通过该信道进行鉴相,便可得到2个信道之间的相位误差,2次测量值相减后即可消除该组鉴相通道因通道失衡或系统误差引入的相位误差。差值法解决信道失衡原理图如图3所示。

设3根天接线收信号的相位分别为φ1、φ2和φ3,同频参考信号源的相位为φ0,每个信道产生的相位差为Δφ1、Δφ2和Δφ3。以天线1为参考,应答信号通过3个传输信道产生的相位差为:

同频参考信号源通过3个信道产生的相位差为:

将接收信号与同频参考信号经过相同信道后获得的相位差值相减,便可以得到通道2、3与通道1之间的精确相位差,即鉴相器的最终输出为:

式中,φ12、φ13则是以天线1为参考天线,应答信号到达2、3天线与参考天线1之间的相位差。

3.2 相位模糊的消除

相位模糊主要是由于基线设计问题引起,是误差的主要来源之一。方位天线测角原理图如图4所示。

图4中,基线的长度分别为d1、d2,应答信号的入射方向与天线视轴的夹角为θ。因鉴相器的输出φij∈[-π,π],所以φij是以2π为模糊度的观测值。根据TLS测角原理可得与基线dj相对应的鉴相器的输出为:

实际情况下,鉴相器输出必然存在一定的噪扰误差δφj,式(7)可以改写为:

令,式(8)可以简化为:

式(9)可以看作是一个除数为kj的实数域内的同余方程组。根据余数定理求解算法[4],求解式(9)的准则就是求解k1、k2,使得Hi-Hj2,(i≠j)能够取得最小值,这样便可以得到H的估计值为,从而得到飞机真实方位的估计值为:

根据文献[5]、文献[6]中的命题1、2,可取

当信噪比一定时,相位误差的均方根为,由于测量误差落在[-3σ,3σ]范围内的概率为99.74%,为了能够准确消除相位模糊,至少应当满足(δφj)max≥3σφ,可得q的取值为:

由此可得TLS系统准确解模糊问题对信噪比的要求为:

取,q=0.249 9。这样,便可以得到准确解相位模糊时所需的最小信噪比SNR=3.6 dB。由此,飞机在最大不模糊角处的方位误差及其均方差之间的关系如图5所示。

从图5可以看出,随着信噪比的增大,飞机方位误差及其均方差均随之减小,而且误差大部分落在(0,0.3)的区间,满足了应答着陆系统所要求的方位测量精度。

4 结束语

上述根据应答着陆系统的测角原理进行了误差分析,主要对引起相位误差的原因进行了深入的研究。通过差值法较好地解决了因接收通道不一致导致的相位误差。针对噪声干扰下多TLS测角存在的相位模糊问题,采用了余数定理消除了相位模糊的困扰，并通过计算机仿真验证了理论分析的正确性。

参考文献

[1]于向东.适于地形复杂机场的应答着陆系统[J].国际航空杂志,2004(9):52-53.

[2]SUNDARAM K R,MALLIK R K,MURTH U M S.ModuloConversion Method for Estimation the Direction of Arrival[J].IEEE Trans on AES,2000,36(4):1391-1396.

[3]文富忠,李晓军,李波.改进的干涉仪测向相位一致性校正技术[J].电讯技术,2009,49(9):75-79.

[4]黄振兴.距离、速度噪扰数据同时分辨的孙子定理算法[J].电子学报,1992,20(9):27-33.

[5]龚享钅衣,袁俊泉,苏令华.基于相位干涉仪阵列多组解模糊的波达角估计算法研究[J].电子与信息学报,2006,28(1):55-59.

安装角误差 第2篇

SINS/GPS组合系统姿态角误差可观测性研究

首先建立起捷联惯导系统(SINS)与全球定位系统(GPS)相组合系统的数学模型,从研究SINS/GPS组合系统的可观测性出发,通过理论分析得出了组合系统姿态角误差可观测性很差的结论,并给出使可观测阵满秩的`条件.对3种飞行条件所做仿真分析验证了理论分析的正确性.

作 者：李渊涛 陈哲 刘剑 Li Yuantao Chen Zhe Liu Jian 作者单位：北京航空航天大学,自动控制系刊 名：北京航空航天大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS年，卷(期)：25(3)分类号：V24 V44关键词：捷联式惯性系统 组合导航 可观测性 全球定位系统 姿态角误差

雷达角误差信号的数字化算法 第3篇

1 数字化雷达系统

数字化雷达系统的组成如图1所示。天线系统发射高频电磁波, 在碰到目标后, 反射回到天线, 馈线网络将回波信号集合, 再由和差器分成和路、方位差和俯仰差三路信号送入接收系统, 经混频、中频放大后进入信号处理系统, 再通过AD采样、脉冲压缩、相参积累、恒虚警检测、角误差提取、距离速度跟踪滤波处理等工作后, 将目标数据送到显示器, 而角误差信号送伺服系统, 以保证角度跟踪。

跟踪滤波处理是对目标的距离和速度 (即多普勒频率) 检测处理, 预测该目标下一周期出现的位置, 并建立该目标的航行路线。

角误差提取后的滤波则是对角误差信号的平滑处理过程, 以保证数据的平稳变化, 避免天线系统的剧烈摆动。

提取角误差信号的算法由不同的天线体制而有不同, 分为比相法和比幅法。由于比幅法相对成熟简单, 所以目前大部分系统中均采用此法。

2 比幅法的角误差算法

比幅单脉冲天线在一个角平面内有两部分重叠的波束, 如图2 (a) 所示。将这两个波束同时反射的回波信号进行和差处理, 得到和信号 (Σ) 与差信号 (Δ) , 如图2 (b) (c) 所示。差信号提供角误差的幅度, 通过比较和信号与差信号的相位得到目标偏离中心的方向, 即得到角误差的符号, 图2 (d) 表示角误差特性曲线。

若目标出现天线的轴线方向 (等信号轴方向) 上, 则两个波束各自接收到的回波信号幅度相同, 两者的差信号幅度为0, 即目标的角度误差ε=0。若目标有一误差角ε, 且偏在波束1的一边, 则波束1接收到的信号幅度大于波束2的信号幅度, 且ε越大两信号幅度的差值也越大, 即差信号的幅度与误差角ε成正比, 而且差信号与和信号同相, 误差角ε为正。同理, 若目标有一误差角ε, 且偏在波束2的一边, 误差角ε为负。

因为和信号的幅度与差信号的幅度是同步变化的, 所以, 用和信号对差信号进行幅度归一化处理, 来克服信号强度对角误差的影响, 因此, 目标的角度误差值大小计算如下。

式中:UΣ、UΔ和信号、差信号幅度;

Kε常数, 由系统确定。

目标的角度误差值的符号由和信号与差信号的相位差来确定。

下面推到在信号处理系统中计算角误差的算法。

假设中频赎出的信号为

式中:ω中频角频率;

Σ、Δ中频输入端和信号、差信号幅度;

θ中频输入端和信号相位;

Ω差信号对和信号的相位差;

K0中放放大量。

A/D采样、正交分解后, 其和路、差路的实部、虚部分别为

由式 (4) 和式 (5) 得

由式 (6) 和式 (7) 得

故, 将式 (8) (9) 代入式 (10) 和式 (11) 得

将式 (12) 和式 (13) 的两边取平方, 再相加, 得

由式 (14) 得到

再根据式 (1) 和式 (15) , 得到如下计算公式

式中Kε是常数, 其值大小根据具体的系统来确定。根据式 (16) 即可计算出角误差的大小, 其正负号的判定原则是:在中放输入端, 当和、差信号的相位差为0°时 (即相位相同时) , 取正号;当相位差为180°时 (即相位反相时) , 取负号。而在中放输出端, 当和、差信号的相位差为Ω时 (即相位相同时) , 取正号;当相位差为180°+Ω时 (即相位反相时) , 取负号。

如果Ω在随温度变化而变化时, 其值的变化范围在-90°~+90°, 则不需要进行补偿。

3 工程应用

如图1所示在实际工程运用的数字信号处理系统中, 回波信号在中频进行了采样。

在正交分解后, 分别得到和路与差路的实部、虚部后, 应用式 (16) , 得到角误差的大小, 其中Kε取1即可。通过下式得到和信号与差信号的相位值。

它们的相位差 (θΔ-θΣ) 如果在90°~270°, 则ε取负号, 否则ε取正号。

4 结束语

文中提供的角误差计算算法为提高雷达角度跟踪的质量提供了坚实的基础, 此方法具有可靠性高, 系统干扰小等特点, 在实际工程运用中取得了满意的效果。

参考文献

[1]向敬成, 张明友.雷达系统[M].北京:电子工业出版社, 2001.