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超短基线电磁脉冲阵在电磁辐射源测向中的应用

渠晓东 孙阳 陈冲 石俊龙 许鑫 李巨涛 朱万华 方广有

引用本文: 渠晓东, 孙阳, 陈冲, 石俊龙, 许鑫, 李巨涛, 朱万华, 方广有. 超短基线电磁脉冲阵在电磁辐射源测向中的应用[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(4): 830-836. doi: 10.11999/JEIT180516 shu
Citation:  Xiaodong QU, Yang SUN, Chong CHEN, Junlong SHI, Xin XU, Jutao LI, Wanhua ZHU, Guangyou FANG. Direction Finding for Electromagnetic Radiation Source Using Ultra-short Baseline Array[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2019, 41(4): 830-836. doi: 10.11999/JEIT180516 shu

超短基线电磁脉冲阵在电磁辐射源测向中的应用

    作者简介: 渠晓东: 男,1989年生,助理研究员,研究方向为极低频/甚低频电磁波传播理论和信号处理技术;
    孙阳: 男,1976年生,工程师,研究方向为电磁信号监测与处理技术;
    陈冲: 男,1988年生,工程师,研究方向为电磁信号监测与处理技术;
    石俊龙: 男,1988年生,工程师,研究方向为电磁信号监测与处理技术;
    许鑫: 男,1986年生,助理研究员,研究方向为低频电磁探测和信号处理技术;
    李巨涛: 男,1976年生,高级工程师,研究方向为控制系统平台研究与设计、嵌入式系统软硬件设计与开发、通信与数据传输技术和信号处理技术;
    朱万华: 男,1982年生,副研究员,研究方向为磁异常信号检测和磁场传感器关键技术;
    方广有: 男,1963年生,研究员,研究方向为超宽带电磁场理论及工程应用、超宽带雷达成像技术、微波成像新方法和新技术
    通讯作者: 李巨涛,lijutao@mail.ie.ac.cn
摘要: 为提高电磁辐射源的定位精度,该文提出一种利用光纤方式同步的超短基线电磁探测阵列(CASMA)。该阵列包括5个电磁探测站和1个控制中心,阵元间距约为1 km(基线长度与波长的比值约为0.1),同步精度可达10 ns。CASMA用来测量20~70 kHz长波发射电台的垂直电场信号,并利用低频电磁干涉成像算法计算发射电台的方位角。通过实验对比可以发现,估计的发射台方位角与真实发射台方位角之间的误差小于0.2°,远远优于传统的波达角估计方法。因此,CASMA对电磁辐射源具有很高的测向精度。根据实验结果,在2500 km范围内,若两CASMA电磁探测阵对电磁辐射源进行交汇定位,定位精度预期可达0.5%·R(R为探测距离)。

English

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  • 图 1  超短基线电磁探测阵列站点分布图

    图 2  超短基线电磁探测阵列整体功能图

    图 3  CASMA阵列的布设以及最佳点到各阵元的距离

    图 4  电磁干涉成像算法原理示意图

    图 5  CASMA阵列的系统函数及所用的电台分布位置

    图 6  CASMA探测阵某1 s内的电场信号功率谱密度

    图 7  CASMA电磁探测阵和部分长波电台位置

    图 8  阵列布局及阵列响应分析

    表 1  CASMA电磁探测阵的测向结果

    名称(台)工作频率(kHz)方位角真实值(°)距离(km)方位角估计值(°)方位角误差(°)方位角标准差(°)
    SQ68.5176.41 862.4176.29–0.123.55
    UNID2525.0126.951284.2126.76–0.191.02
    JJI22.2124.141777.9124.09–0.052.62
    NDT54.0142.882105.2142.98 0.102.37
    下载: 导出CSV

    表 2  同步精度测试结果(ns)

    频率(kHz)(1, 2)(1, 3)(1, 4)(2, 3)(2, 4)(3, 4)
    10.00.00.00.00.00.0
    20.00.00.00.00.00.0
    50.00.00.00.00.00.0
    100.09.17.411.4 9.30.0
    203.42.63.72.22.50.0
    302.12.11.82.51.60.0
    401.41.21.21.81.20.0
    501.11.50.51.31.30.0
    600.80.80.91.00.80.0
    701.10.80.81.00.90.0
    800.80.81.00.60.70.7
    900.60.50.50.70.70.0
    1000.60.50.60.60.60.0
    2000.20.30.30.30.30.0
    下载: 导出CSV

    表 3  在某固定频点处的同步精度

    发射源工作频率(kHz)系统同步精度(ns)
    商丘授时SQ68.5~1
    韩国UNID2525.0~2
    日本JJI22.2~3
    日本NDT54.0~1
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  • 通讯作者:  李巨涛, lijutao@mail.ie.ac.cn
  • 收稿日期:  2018-05-28
  • 录用日期:  2018-11-12
  • 网络出版日期:  2018-11-23
  • 刊出日期:  2019-04-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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