本书对干涉仪测向的技术原理与设计方法进行了全面讲解，主要从干涉仪通道间信号的相位差测量及误差特性、干涉仪的单元天线及其模型近似、干涉仪的各种天线阵型、同频多信号同时进入干涉仪的效应四个专题方向对干涉仪测向工程应用中面临的挑战与解决措施进行了透彻的分析，最后介绍了干涉仪测向在无源定位中的应用，以及无线电波干涉测量技术在雷达、通信、测控、导航、深空探测与电子干扰等领域中的应用。全书图文并茂，条理清晰，内容广泛，体系完整，技术理论与工程实践结合紧密，为相关科技人员更加深刻地认识与理解干涉仪测向，以及在工程上更加灵活地应用干涉仪测向提供了全面的指导。本书可作为从事电子对抗系统设计、设备研制、综合应用的工程技术人员与科研人员的参考用书，同时也可供雷达、通信、导航、测控等学科领域中从事测向研究与应用的科技人员参考使用，以及高等院校理工科相关专业的教师、高年级本科生与研究生阅读参考。

前 言 波的干涉是广泛存在的一种自然现象，每个人儿时在水池边玩耍时几乎都见过水波的干涉，涟漪交叠，波光粼粼，荡漾而美丽，这也是人们对波的干涉现象最直观、最形象的认识。像水波这样的机械波具有干涉现象，电磁波同样也具有干涉现象，在中学物理课堂上教师给学生重现过杨氏双缝干涉实验的结果，一束激光通过双缝在后面的遮光板上显现出明暗相间的干涉条纹，工整而神奇，令人惊叹。光波是一种电磁波，人们日常生活中广泛使用的手机、对讲机、卫星电话、车载导航仪等电子设备收发的无线电波也是一种电磁波，同样具有干涉现象，只不过人们看不见、摸不着，所以对无线电波干涉现象的观察与感受对于普通大众而言稍微陌生了点，但实际上通过各种仪器和各类设备同样能够对无线电波的干涉进行观测与利用，干涉仪就是利用电磁波干涉效应来对各种物理量进行测量的仪器设备。在理工科大学物理课堂上使用的迈克尔逊干涉仪，通过对光波干涉条纹的计数来进行微米量级的精密距离测量。干涉仪不仅能够测距，而且还可以对电磁波的频率、波长等物理量进行测量，对无线电波的来波方向进行测向。干涉仪测向作为无线电波干涉测量的重要应用之一，已有半个多世纪的发展历史。截至目前，干涉仪测向在电子对抗、雷达、通信、导航、测控等领域中的应用越来越广泛，发挥的作用也越来越重要。 本书取名为《干涉仪测向原理、方法与应用》，主要目的就是对无线电波的干涉仪测向构建一个完整的框架体系，全面地反映该方向上的技术研究成果与工程应用进展。实际上，除了在电子对抗教科书中有少量章节对干涉仪测向技术进行过十分概要的介绍，有关干涉仪测向的方法与应用的大量研究成果散见于各种学术文献上，截至目前，并没有一本书将上述成果有序地串联起来形成一个完整的体系，让大家看到这一领域的全貌。于是作者对干涉仪测向原理、方法与应用的相关内容进行了梳理与升华，归纳总结了大量公开文献报道过的干涉仪测向工程应用实例，并结合自己的研究工作构建了一个由浅入深、层次分明、有机联系的完整体系，力求条理清晰，例证丰富，图文并茂，理论分析与工程实践结合紧密。 全书共8章，分别从不同方面对干涉仪测向的原理、方法与应用进行了完整全面的阐述。第1章绪论部分在对电磁波基本特性高度概括的基础上，对电磁波干涉现象及干涉仪的基本作用进行了介绍，回顾了历史上两项极其著名的光波频段的干涉测量实验，并对电子对抗侦察中的瞬时测频与干涉仪测向进行了概要性介绍。第2章干涉仪测向的理论模型与解算方法分别以长短基线组合干涉仪和相关干涉仪这两类典型的干涉仪为代表，对其测向模型、相位差解模糊方法、求解技巧、工程应用边界条件等内容进行了分析。第3章关注“干涉仪通道间信号的相位差测量及误差特性”专题，主要围绕干涉仪通道间信号的相位差测量方法、误差特性、提升测向精度的改进措施等内容进行了研究。第4章针对“干涉仪的单元天线及其模型近似的相关问题”，介绍了各种典型的干涉仪单元天线及其特性，分析了与单元天线相关的各种因素对干涉仪测向的影响。第5章针对“干涉仪的各种天线阵型及其与应用相关的问题”，重点分析了干涉仪的天线阵型设计，并结合工程实际对不同阵型的应用特点进行了对比，归纳总结了影响干涉仪测向工程应用的内外因素与改善措施。第6章关注“同频多信号同时进入干涉仪的效应”专题，重点讨论了在同频多信号同时到达条件下干涉仪测向所面临的问题及其相关的解决措施。第7章主要是基于干涉仪测向的无源定位，分别从单条测向线与约束面相交的无源定位、多条测向线相互交叉的无源定位、超长基线干涉仪的近场定位、基于干涉仪相位差变化率的运动单站无源定位，以及基于旋转干涉仪的运动单站无源定位等多个方面，阐述了与干涉仪相关的各种无源定位模型的构建、解算方法、定位精度及其误差特性等内容。第8章概要性总结了无线电波干涉效应在雷达、通信、测控、导航、深空探测与电子干扰等电子信息领域中的应用情况，通过与干涉仪测向处理之间的对比来揭示其在技术上的本质特点，以展现利用无线电波干涉原理进行参数测量的广泛性与重要性。上述内容也为大家更加深刻地认识与理解干涉仪测向，以及在工程上更加灵活地应用干涉仪测向提供了借鉴与参考。 阅读本书需要的先导知识并不多，只要具备理工科大学阶段的数学与物理方面的基础知识即可，如果大家对电子对抗、雷达、通信方面的技术原理有一定的掌握，那么阅读体验会更好。本书可供电子对抗、雷达、通信、导航、测控等学科领域的科研人员与工程技术人员参考使用，也可供高等院校理工科相关专业的教师、高年级本科生与研究生阅读参考。另外，本书中的信号统一用大写字母表示。 本书的出版得到了中国电科技术创新基金项目的资助，对此作者表示衷心的感谢。本书在成稿出版过程中得到了电子信息控制重点实验室主任、中国电子科技集团公司第二十九研究所何涛副所长、顾杰副主任、刘江副主任、史小伟副主任、马达副主任等领导的大力支持与热切鼓励，中国电子科技集团公司首席科学家周彬副总工程师、首席专家张雁平副总工程师对全书进行了审阅并提出了中肯的建议，实验室编辑团队刘永红老师、肖霞老师和电子工业出版社徐蔷薇老师对本书的出版也做了大量的工作，在此作者向各位领导、专家与老师表示衷心的感谢。 由于作者视野与水平有限，书中难免存在不准确与不深刻甚至错误之处，恳请相关专家与同行批评指正。 石 荣 2022年1月

目 录 第1章 绪论 1 1.1 电磁波的干涉现象与干涉测量 3 1.1.1 电磁波的各种干涉现象 3 1.1.2 使用干涉仪对电磁波进行干涉测量 6 1.2 光波频段的电磁波干涉测量及其重大历史事件 8 1.2.1 Michelson-Morley干涉实验——证实了“以太”的不存在性 8 1.2.2 LIGO干涉实验——证实了引力波的存在性 10 1.3 无线电波频段的电磁波干涉测量与电子对抗侦察应用 12 1.3.1 电子对抗侦察技术方向简介 12 1.3.2 对无线电波信号的瞬时测频 13 1.3.3 对无线电波信号的干涉仪测向 18 1.3.4 公开文献报道的具备干涉仪测向功能的电子对抗侦察装备 21 1.3.5 测向应用的主要技术指标与单位换算关系 23 1.4 本书的篇章结构与主要内容 25 本章参考文献 27 第2章 干涉仪测向的理论模型与解算方法 29 2.1 长短基线组合干涉仪测向 29 2.1.1 一维线阵干涉仪测向模型 29 2.1.2 测向误差影响因素与相邻基线长度比设计准则 32 2.1.3 虚拟基线与参差基线的设计 34 2.1.4 一维线阵干涉仪测向系统的设计示例 39 2.1.5 从一维线阵干涉仪测向到二维面阵干涉仪测向的模型扩展 41 2.2 干涉仪测向中相位差解模糊的辅助方法 43 2.2.1 用比幅测向结果来解干涉仪的相位差模糊 44 2.2.2 联合到达时间差估计的干涉仪相位差解模糊方法 45 2.2.3 干涉仪相位差的概率解模糊与其他解模糊方法 46 2.3 相关干涉仪测向 48 2.3.1 相关干涉仪测向模型 48 2.3.2 对相关干涉仪测向方法的改进与实现 52 2.3.3 无线电频谱监测应用中的单通道相关干涉仪测向 59 2.4 相关干涉仪测向的应用举例与产品介绍 62 2.4.1 超短波频段相关干涉仪的一维测向 62 2.4.2 对L频段海事卫星通信终端上行信号的相关干涉仪测向 63 2.4.3 20～3000MHz的三层5元圆阵相关干涉仪测向 64 2.4.4 Ku频段圆阵相关干涉仪的一维测向 65 2.4.5 罗德与施瓦茨公司研制的典型相关干涉仪测向产品 66 2.5 对干涉仪测向模型中应用边界条件的分析与讨论 69 2.5.1 对平面电磁波测向与对球面电磁波测向的差异 69 2.5.2 一维线阵干涉仪测向在三维空间中的圆锥效应 72 2.5.3 二维圆阵相关干涉仪在一维方位测向时不同仰角的影响 72 本章参考文献 74 第3章 干涉仪通道间信号的相位差测量及误差特性分析 77 3.1 接收通道间信号的相位差测量——鉴相技术 77 3.1.1 模拟鉴相技术 77 3.1.2 时域数字鉴相技术 81 3.1.3 频域数字鉴相技术 84 3.1.4 时域数字鉴相与频域数字鉴相的性能对比 85 3.2 干涉仪通道间信号的相位差测量所能达到的精度 87 3.2.1 信噪比的不同定义及相互之间的换算关系 87 3.2.2 影响干涉仪通道间相位差测量的因素与相位差测量精度的计算 91 3.2.3 利用去调制理论解释干涉仪相位差测量精度计算公式 95 3.2.4 利用匹配滤波理论解释干涉仪相位差测量精度计算公式 97 3.3 特殊场景下的干涉仪测向与通道间信号的相位差测量 101 3.3.1 对带内功率信噪比为负分贝数的数字调相信号的干涉仪测向 101 3.3.2 非对称干涉仪测向及相位差测量精度分析 105 3.4 干涉仪时差测向分析模型与单基线干涉仪测向应用 109 3.4.1 电磁波在干涉仪基线上的渡越效应 109 3.4.2 干涉仪时差测向分析模型 110 3.4.3 对频域非完整信号的单基线干涉仪测向 115 3.4.4 基于相位差进行测向与基于时差进行测向的精度对比 118 本章参考文献 119 第4章 干涉仪的单元天线及其模型近似的相关问题分析 121 4.1 各种典型的干涉仪单元天线 121 4.1.1 偶极子天线 123 4.1.2 宽带螺旋天线 124 4.1.3 对数周期天线 125 4.1.4 Sinuous天线 127 4.1.5 喇叭天线 128 4.2 单元天线相位中心的确定与频率无关干涉仪测向 129 4.2.1 偶极子对数周期天线的可变相位中心 129 4.2.2 基于对数周期单元天线的频率无关干涉仪测向 132 4.2.3 采用频率无关干涉仪构成比幅比相复合测向系统 133 4.2.4 基于锥螺旋天线的频率无关干涉仪测向 134 4.3 采用抛物面天线作为干涉仪的单元天线 136 4.3.1 抛物面天线的特性 136 4.3.2 抛物面天线的架设与反射式干涉仪 137 4.3.3 带反射镜旋转的反射式旋转干涉仪 139 4.4 与单元天线相关的各种因素对干涉仪测向的影响分析 140 4.4.1 单元天线极化的一致性对干涉仪测向的影响 140 4.4.2 单元天线波束旁瓣对干涉仪测向的影响 142 4.4.3 天线罩对干涉仪测向的影响 143 4.4.4 宽频带圆阵干涉仪测向中单元天线之间的互耦效应 145 4.5 单元天线中的噪声与极低信噪比条件下的信号接收新模型 146 4.5.1 传统的阵列信号接收模型 146 4.5.2 天线中的噪声与外界环境背景辐射 147 4.5.3 阵列信号接收新模型 148 4.5.4 阵列信号接收新模型的应用及对干涉仪测向的影响 150 本章参考文献 152 第5章 干涉仪的各种天线阵型及其与应用相关的问题分析 154 5.1 十字交叉干涉仪 155 5.1.1 双十字交叉形式的二维干涉仪 155 5.1.2 NAVSPASUR系统中二维测向的十字交叉干涉仪 155 5.1.3 基线分离的十字干涉仪及其二维测向处理系统 156 5.1.4 十字交叉干涉仪工程产品示例 159 5.2 圆阵干涉仪 160 5.2.1 圆阵干涉仪二维测向通用模型 161 5.2.2 将圆阵二维测向分解为两个一维相关干涉仪测向 161 5.2.3 9元均匀椭圆阵干涉仪一维测向 162 5.2.4 圆阵干涉仪工程产品示例 163 5.3 其他阵型干涉仪 166 5.3.1 L形阵干涉仪 166 5.3.2 环形阵（Y形阵）干涉仪 167 5.3.3 半圆阵干涉仪及其扩展形式 168 5.3.4 三维空间布阵的立体基线干涉仪 169 5.4 旋转干涉仪 170 5.4.1 旋转干涉仪测向原理与模型 171 5.4.2 旋转干涉仪中的相位差解模糊与测向求解方法 172 5.4.3 旋转干涉仪的典型应用与其他演变形式 173 5.5 干涉仪测向与阵列测向的对比与综合 174 5.5.1 干涉仪测向与典型阵列测向方法的对比 175 5.5.2 干涉仪测向与阵列测向的综合应用 177 5.6 影响干涉仪测向工程应用的内外因素与改善措施 178 5.6.1 外部主要影响因素：工作场地对干涉仪测向的影响 179 5.6.2 内部主要影响因素：接收支路差异对干涉仪测向的影响 180 5.6.3 干涉仪测向中两类校正系统的设计与应用对比 182 5.6.4 干涉仪测向的其他校正方法及应用 185 本章参考文献 190 第6章 同频多信号同时进入干涉仪的效应分析 193 6.1 多径效应对干涉仪测向的影响分析 193 6.2 对干涉仪测向系统的人为主动同频干扰 195 6.2.1 三点源对干涉仪一维测向的相关干扰 196 6.2.2 两点源对干涉仪一维测向的相干干扰 197 6.2.3 两点源对干涉仪二维测向的相干干扰 199 6.2.4 相干干扰在抗反辐射攻击的相干诱饵中的应用 200 6.3 干涉仪对同时同频多信号的测向方法 200 6.3.1 基于矢量合成的干涉仪对相干信号的测向 201 6.3.2 以DBF阵列天线为单元天线的干涉仪测向 206 6.3.3 在地面镜像反射干扰条件下干涉仪对主信号的测向 208 6.3.4 基于信号盲分离的同频多信号测向 209 6.4 同时同频多信号的阵列测向方法及其在干涉仪测向中的延续应用 211 6.4.1 天线阵列对多个同时到达的同频信号的测向 211 6.4.2 从满阵到稀布阵、最后到干涉仪最简阵的演化过程 214 6.4.3 采用常规阵列信号处理方法的干涉仪对多个同频不相关信号的测向 215 本章参考文献 218 第7章 基于干涉仪测向的无源定位 220 7.1 单条测向线与约束面相交的无源定位 220 7.1.1 单站测向对地面辐射源的无源定位 221 7.1.2 单站测向对等高度约束面上的辐射源的无源定位 224 7.2 多条测向线相互交叉的无源定位 225 7.2.1 多站测向交叉无源定位原理 226 7.2.2 基于高精度测向的固定单站测向交叉无源定位 227 7.3 超长基线干涉仪近场定位原理与相似性对比 232 7.3.1 干涉仪基线的近场与远场的划分 232 7.3.2 超长基线干涉仪对近场球面电磁波的相位差测量与定位解算 234 7.3.3 超长基线干涉仪近场定位与固定单站测向交叉定位的相似性对比 235 7.4 基于干涉仪相位差变化率的运动单站无源定位 236 7.4.1 基于干涉仪相位差变化率的运动单站无源定位原理 237 7.4.2 基于相位差变化率的运动单站定位与多站测向交叉定位的统一性分析 239 7.5 基于旋转干涉仪的运动单站无源定位 245 7.5.1 基于最大后验概率的定位求解方法 245 7.5.2 基于相位差变化率观测序列最优拟合的定位求解方法 248 本章参考文献 249 第8章 无线电波干涉效应的其他典型应用 251 8.1 从杨氏双缝干涉实验结果解释雷达对抗中的交叉眼干扰原理 251 8.1.1 历史上的杨氏双缝干涉实验 251 8.1.2 对单脉冲跟踪雷达实施交叉眼干扰的原理 252 8.1.3 相干干扰信号在空间中所形成的干涉条纹及对雷达的干扰效应 254 8.1.4 示例性仿真验证 255 8.2 基于回波信号反相叠加的雷达有源隐身 257 8.2.1 基于回波信号反相叠加的雷达有源隐身原理 258 8.2.2 有源隐身在工程实现上需要满足的条件与面临的问题 259 8.3 深空探测中的超大型甚长基线干涉仪测向 260 8.3.1 甚长基线干涉仪测向的工作原理 261 8.3.2 连接端干涉测量技术及应用 263 8.4 干涉仪测向在卫星导航中的应用——GNSS姿态仪 264 8.4.1 GNSS姿态仪的工作原理 264 8.4.2 卫星导航信号的相位差测量中整周模糊度的解算 266 8.5 多波长信号干涉测距及其在测控通信中的应用——侧音测距 267 8.5.1 侧音测距的工作原理 267 8.5.2 侧音测距的工程实现 268 8.6 干涉合成孔径雷达 270 8.6.1 InSAR的主要类型 271 8.6.2 双天线InSAR的工作原理 272 8.6.3 各种InSAR成像试验中的干涉图样与目标的三维重建 273 8.7 干涉仪测向技术研发与工程应用的后续发展展望 275 本章参考文献 276 缩略语 278