[發明專利]一種用于方位與俯仰二維測向的稀疏陣列設計方法

在審

• 申請號: 201710791040.6
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107422310A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 吳雙
• 申請（專利權）人: 蕪湖華創光電科技有限公司
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙)11427
• 代理人: 陳娟

1.一種用于方位與俯仰二維測向的稀疏陣列設計方法，其特征在于：其方法為(1)建立坐標系；(2)布陣設計；(3)陣列流形；(4)加權方法；

其中建立坐標系，人站在該陣列的后面，人臉面對的方向與該陣列的法向相同；以陣列中心位置處的天線陣元位置為坐標原點，陣面法向為X軸向，水平向左為Y軸向，豎直向上為Z軸向，滿足右手螺旋法則建立直角坐標系；

其中方位角θ的定義：令以OZ軸為旋轉軸、從轉軸指向外的半平面，定義θ為該半平面與OXZ平面的夾角，當該半平面與OXZ平面重合時方位角θ＝0°，采用右手螺旋法則，讓其順著方向旋轉，方位角為負；逆著方向旋轉，方位角為正；

俯仰角的定義：令以原點為頂點、以OZ軸為旋轉軸、從頂點指向外的半圓錐面，定義為該半圓錐面與OXY平面的夾角，當該半圓錐面與OXY平面重合時俯仰角其母線偏向OZ正半軸時，俯仰角為正；其母線偏向OZ負半軸時，俯仰為負；

在布陣設計中所有陣元統一投影到Y、Z軸，投影點是均勻布置的，投影點間距為d，以一個13陣元的稀疏陣列天線在OYZ平面，按照從左到右依次對天線陣元標號1、2、…、13，13個陣元的坐標p可表示為：

即1號天線的坐標為(6×d，-1×d)，2號天線的坐標為(5×d，2×d)，以此類推，13號天線的坐標為(-6×d，1×d)；

陣列流形分析描述如下：在遠場近似條件下，假設有一個輻射源從入射到陣面，以陣面中心陣元的相位為基準，計算輻射源到達各個陣元處的相位量；

由坐標原點O指向輻射源的單位方向向量為：

針對空間中任意一個陣元位置p_i，定義是由O指向p_i的向量，L_i是輻射源到達O與到達p_i的路程差，其中i代表了陣元標號，在遠場近似條件下，L_i為在上的投影，它可表示為的點積，即：

相對于坐標原點的時延為：

那么相應的相位差：

針對陣列位置(0,y_i,z_i)，相對于坐標原點的相位差為

N個陣元的導向向量表示為：

若K個信號入射到的陣列，則對應的陣列流形是一個N×K的復矩陣，其表達式如下：

其中

其中加權方法針對公式(7)給出的相位關系，在指定的入射方向上加權，權值為：

加權后的天線圖為：

依據公式(10)，在方位30°、俯仰10°處形成的波束，波束形成后，第一副瓣電平優于-10dB，平均副瓣電平在-20dB左右，滿足無源雷達對于波束形狀和測向的要求。