Один приёмный канал даёт мощность и частоту. Несколько когерентных каналов дают ещё и фазу — а вместе с геометрией антенн это превращается в измерение направления прихода волны, в оценку угловых размеров источника и в разделение нескольких источников на одной частоте.
Ниже — минимум теории, который нужен, чтобы такая система работала предсказуемо: от требования к общему гетеродину до калибровки, без которой фазовые измерения бессмысленны.
Фаза измеряется только между каналами, у которых общая опорная частота. Если гетеродины разные, фаза каждого канала «плавает» независимо, и разность фаз превращается в случайное число.
Для пары каналов считается взаимный спектр: комплексный спектр одного умножается на сопряжённый спектр другого. Аргумент произведения и есть разность фаз на данной частоте:
C_ij = S_i · conj(S_j) Δφ_ij = atan2(Im C_ij, Re C_ij)
Усреднение по нескольким БПФ уменьшает шум оценки, но не убирает систематическую ошибку от разной длины кабелей и фильтров — её снимает калибровка.
Разность фаз двух разнесённых антенн связана с направлением прихода:
Δφ = 2π · d · sin θ / λ, λ = c / f
Отсюда угол, и отсюда же — главное ограничение: при базе больше половины длины волны однозначности нет. Период функции меньше диапазона углов, и одному значению разности фаз соответствует несколько направлений.
Оценка точности по углу следует из точности фазы:
σ_θ ≈ λ / (2π · d · cos θ) · σ_φ
То есть точность определяется базой и стабильностью фазы, а не разрядностью АЦП. Это самая частая ошибка при выборе аппаратной части.
Без калибровки система показывает красивые, но неверные цифры. Порядок работ обычно такой:
Классическое спортивное направление: «лисий» передатчик в лесу, приёмник с направленной антенной и карта. Фазовые методы дают точность, недостижимую на слух.
Фазовые измерения на поворотном столе дают не только амплитудную диаграмму, но и фазовый фронт — по нему видно качество решётки.
Оценка направлений на источники в полосе, разделение нескольких сигналов на одной частоте методами подпространств.
Когда источников несколько, разности фаз уже не описывают картину целиком. Работают с ковариационной матрицей приёмных каналов: методы подпространств (MUSIC, ESPRIT) разделяют сигналы по собственным векторам и дают направления сразу для нескольких источников. Требования прежние — когерентность и калибровка, но точность и разрешение выше.