当前课程知识点:声纳技术 > 第三章 声纳定向技术 > 3.4 相位法测向的多值性问题 > 3.4.1 学习视频
本知识点讲解了相位测向法多值性产生的原因、多值性的特点以及避免方法。
下面我们来学习本次课的内容
上次课我们介绍了一种新的声纳测向体制
相位法测向
他的原理是
利用同一声波到达两个阵元间存在着声程差
声程差导致了两个阵元接收到同一信号
存在着时间差和相位差
从而建立了目标方位角与相位差之间的一一对应关系
相位法测向具有测向方法简单、测向精度高等优点
那么相位法测向有没有什么缺点呢?
有
这就是我们这次课所要介绍的内容
相位法测向的多值性问题
本次课我们主要介绍
什么是相位法测向的多值性问题
多值性产生的原因
及如何去避免
三个方面的问题
首先
我们看一下相位法测向的多值性问题
我们首先来看一下相位差的这个公式
大家思考两个问题
第一个
当α=0时
φ是否为0?
第二个
当φ=0时
α是否一定为0?
我们看
当α=0时
sinα为0
φ一定为0
第一种说法成立
那么第二种呢?
我们通过两个例子来说明
第一个例子
设d/λ=1/2
代入相位差的公式得到φ=π sinα
我们将φ和α的取值列表
我们看
当α=0时
φ为0
α=90° 时
φ为π
α=180°时
φ为0
可以看出
当α分别为0和180°时
φ都等于0
这意味着
当我们的相角指示器测量的相位差为0时
目标有可能在正前方
也有可能在正后方
再来看第二个例子
设d/λ=1/2
得到φ=2πsinα
我们同样列出其对应值
大家看
当α分别为0和180°时
φ仍然为0
而且由于φ是相位差
也是角度
那么2“π”和−2“π”都相当于0
这就意味着
当相角指示器测量的相位差为0时
目标除了有可能在前方或后方外
也有可能在左边或右边
可见
第二种说法
当φ=0时
α不一定为0
将相位差和方位角之间不一一对应的现象
就是相位法测向的多值性
那么为什么会产生相位法侧向的多值性问题呢?
我们将刚才的两个例子图形化来看一下
第一个例子
当d/λ=1/2时
我们画出φ与α的对应曲线
称为α的多值性图
横坐标为α,纵坐标为φ
我们知道
当α分别为0和“π”时,φ都为零
我们称这样的点为相位零点
再来看
当d/λ=1时的多值性图
相位零点为0、"π" ∕2、"π"和"3π" ∕2
大家来看一下
除了原点以外的第二个相位零点
出现在φ“=2π”处
称此方位角为第一个多值零点
记为 α1
这时,大家联想一下
随着纵坐标向上延伸
也就是随着φ的增大
他会在4π、6π 等偶数倍的π处会出现相位零点
因此我们可以画出当d/λ=k/2 时的多值性图
这时φ=kπ sinα
多值零点出现在偶数倍的“π”处
将第一个多值零点φ=“2π”代入
可得到2π=kπ sinα1
进而求得第一个多值零点sinα1=λ/d=2/k
当k=2时
α1正好是π ∕2
那么当k逐渐增大时
α1也逐渐的减小
即α1≤π∕2
不难发现
在[0,π /2]这段区间内有会有K/2相位零点
那么
α在 [0,2π]内取值的时候
当d/λ=k/2 时
会有2k个零点
其中只有一个真正代表目标方位
而其余均为假方位
因此
我们必须避免多值性问题
最后
我们来看一下如何避免相位法测向的多值性
当k
也就是d∕λ越大时
相位零点显然就越多
多值性必然越严重
那么如果我们限制d/λ的取值
使得d/λ<1/2
此时只有1个相位零点
就可以避免多值性
这个办法是否可行呢?
显然是不可行的
为什么呢?
因为我们在上次课讲过
要想提高相位法测向的测向精度
应尽可能的提高d/λ
也就是说
这种避免多值性的方法与提高系统定向精度
是相矛盾的
那么应该怎么办呢?
实际上
避免多值性的一种有效途径
就是使两个接收阵元均具有指向性
也就是说使阵元的方向性主瓣对准目标
即α=0方向
这时,在α=0 方向上
φ一定为0
而且接收的信号幅度最大
而在φ≠0的其它方向上
即便存在某些方向使得α为0
但是由于指向性因素
这些方向上接收的信号幅度也会比较弱
这样就可以通过接收信号的强弱
来区分出目标方位
大家来看一个实例
这仍然是一个水平面的定向示意图
红色是目标
绿色表示的是方向性主瓣
我们知道当d/λ=1时
有如图所示的四个相位零点
多值性使得无法确定目标方位到底是这四个当中的哪一个
因为相角指示器上的度数均为0
如果我们旋转方向性主瓣
测量4个方向上的接收到的信号的强弱
就可以发现
当方向性主瓣对准目标方位时
在该方向接收的信号强度就最强
而其它三个方向就相对较弱
这样就可以确定出目标方位
本次课
我们介绍了什么是相位法测向的多值性问题
其产生的原因及影响因素是什么
最后我们讲了如何避免相位法测向多值性
以上就是本次课的内容
谢谢!再见!!
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--1.2.3 本节小测验
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--1.4.3 本章小测验
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--2.1.3 本节小测验
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--3.1.3 本节小测验
-3.2 振幅测向——振幅差值法测向
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-3.3 相位法测向
--3.3.3 本节小测验
-3.4 相位法测向的多值性问题
--3.4.3 本节小测验
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--4.1.3 本节小测验
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--4.2.3 本节小测验
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--4.3.3 本节小测验
-4.4 直线多波束的相关问题
--4.4.3 本节小测验
-4.5 波束形成器
--4.5.3 本节小测验
-5.1 测距导语
--5.1.3 本节小测验
-5.2 脉冲测距法
--5.2.3 本节小测验
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