[發明專利]一種基于螺旋分布的半球形陣列和差測角解耦合方法

有效

• 申請號: 201910199805.6
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109901146B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 朱圣棋;周季峰;曾操;許京偉;劉婧;廖桂生;李軍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/02
• 分類號: G01S13/02;G01S13/00
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發明公開了一種基于螺旋分布的半球形陣列和差測角解耦合方法，包括如下步驟：首先按照螺旋分布的排列方式將N個陣元分布在一個半徑為R的半球面上；然后重新定義某方向到來的信號方位角和俯仰角θ，得到重新定義的慢速矢量r；再分別求得方位向偏差為和俯仰向偏差為±△θ的四個波束，對四個波束分別求得和波束、方位向差波束和俯仰向差波束，再求得方位向差和比與俯仰向差和比；然后設置方位向觀察窗和俯仰向觀察窗θ_win，從而得到觀察窗內的不耦合的方位向和俯仰向的鑒角曲線。該方法在減少預存儲的數據量的同時，方法本身的測角誤差也比較小，測角速度快，保證了雷達陣列測角的速度和精度的要求。

技術領域

本發明屬于雷達信號處理技術領域，特別涉及一種基于半球形陣列和差測角解耦合方法，適用于螺旋分布的半球形雷達陣列，在和差測角時存在的方位向和俯仰向耦合，導致需要預存儲的數據量非常巨大的問題。

背景技術

早期的雷達陣列，主要有線陣和面陣等，因為陣列分布比較規則，天線單元的指向一致，因此進行理論分析比較容易，缺點是陣列的接收視角有限，半球形分布的雷達視角，具有指向性好、干擾雜波抑制能力強、探測距離遠和廣波束視角等優點，但是半球形陣列的天線單元指向不一致，導致半球形的陣列理論分析比較困難。

和差測角技術起源較早，優點很明顯，可以在一個脈沖內測出目標的角度信息，隨著雷達算法的研究，和差測角的精度大大提高，在工程實踐中獲得了巨大的應用，尤其是線陣的和差測角技術，目前為止發展的非常成熟，有雙波束指向法、直接加權法、對稱取反法等。面陣的和差測角主要問題存在于方位向和俯仰向信息耦合，主要的解決方法有坐標系變換和導向矢量變換等兩種方法，將該方法應用于半球形陣列時，由于基于有向陣元的半球形陣列中，每個天線單元指向不一致，導致理論分析較難；同時，方位向信息和俯仰向信息耦合，而且面陣的解耦合方法不再完全適用，因此基于半球形陣列的和差測角技術存在困難。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種基于半球形陣列的和差測角解耦合方法，本發明的方法在螺旋分布的半球形陣列的基礎上，重新定義坐標系的方位角和俯仰角，分別合成四個波束，分別求得期望方向的俯仰向和俯仰向差和比，在期望方向一定的小角度范圍內，近似認為方位向差和比與俯仰角無關，俯仰向的差和比與方位角無關，從而達到方位向與俯仰向解耦合的目的。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案予以實現：

一種基于半球形陣列的和差測角解耦合方法，包括如下步驟：

步驟1：按照螺旋分布的排列方式將N個陣元分布在一個半徑為R的半球面上；

步驟2：重新定義某方向到來的信號方位角和俯仰角θ，得到重新定義的慢速矢量r；

步驟3：假定目標波束期望方向為在步驟1和步驟2的基礎上，分別合成波束指向分別為和四個波束，分別記為P₁、P₂、P₃和P₄；其中，△θ和分別為方位向和俯仰向的角度偏差；

步驟4：分別計算和波束P_sum、俯仰向差波束P_ele、方位向差波束P_azi、俯仰向差和比r_ele和方位向差和比r_azi；

步驟5：設置方位向觀察窗和俯仰向觀察窗θ_win，分別取方位向觀察窗和俯仰向觀察窗θ_win內的俯仰向差和比r_ele和方位向差和比r_azi，得到方位向和俯仰向的鑒角曲線，從而達到解耦合的目的。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

(1)本方法有效解決了方位向與俯仰向耦合的問題，因此有效降低了和差測角算法需要存儲的鑒角曲線的數據量，使得測角算法的工程實現復雜度降低，數據量變小；