[發明專利]一種雙波束微波著陸雷達高精度測距方法及系統

有效

• 申請號: 201911096383.6
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110988858B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 賀亞鵬;黨紅杏;張愛軍;劉瑞冬;解虎;鄭適
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G01S13/08
• 分類號: G01S13/08;G01S7/41
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種雙波束微波著陸雷達高精度測距方法，其特征在于步驟如下：

(1)通過天線凸波束和天線凹波束兩個波束同時獲取著陸波束照射區的回波；

(2)計算凸波束回波和凹波束回波的包絡比；

(3)波束距離測量：計算回波包絡比凹口的極小值點位置；

(4)求取回波包絡比值為1的兩個距離點的距離比，查表獲得波束中心入射角估計，從而完成微波著陸雷達的測距；

采用同一天線形成凸波束和凹波束兩個波束對目標回波信號進行接收；

凸波束功率方向圖P_A(θ)為著陸雷達采用的升余弦形狀的功率方向圖，記波束寬度為θ_b，角度變量為θ，

P_A(θ)表示為

凹波束功率方向圖P_D(θ)在P_A(θ)最大值方向，即P_A(θ)的波束中心指向，形成凹陷用于指示波束中心，在P_A(θ)主瓣范圍內，P_D(θ)可用數學式表示為

2.根據權利要求1所述的一種雙波束微波著陸雷達高精度測距方法，其特征在于：兩個波束回波信號經凸波束接收通道、凹波束接收通道組成的雙通道進行放大、濾波、下變頻，送給信號處理器進行模數變換產生凸波束回波A(r)和凹波束回波D(r)兩路數字回波，r為雷達距離。

3.根據權利要求2所述的一種雙波束微波著陸雷達高精度測距方法，其特征在于：凸波束回波和凹波束回波的包絡比表示為：

4.根據權利要求3所述的一種雙波束微波著陸雷達高精度測距方法，其特征在于：回波包絡比R(r)處理獲得R(r)凹口的極小值點位置即為波束中心距離r_c，獲得波束距離的高精度測量，記最小值求取運算為min[]波束中心距離r_c表示為

r_c＝min[R(r)]。

5.根據權利要求4所述的一種雙波束微波著陸雷達高精度測距方法，其特征在于：求取回波包絡比值為1的兩個距離點的距離比，具體為：

回波包絡比R(r)在主波束內呈V字形的形狀，首先求取回波包絡比R(r)為1對應的兩個距離點r_n和r_f，r_nr_f；計算r_n和r_f的距離比ρ_nf，表示為

6.根據權利要求5所述的一種雙波束微波著陸雷達高精度測距方法，其特征在于：查表獲得波束中心入射角估計，具體為：

距離比ρ_nf和波束入射角θ_inc是單調遞減函數，且與著陸器飛行高度無關，該單調遞減函數為θ_inc＝F(P_A(θ),P_D(θ),ρ_nf)，將上述函數F制表，通過距離比ρ_nf查表即可獲得波束入射角θ_inc的估計值；其中，凸波束功率方向圖P_A(θ)，角度變量為θ，凹波束功率方向圖P_D(θ)。

7.一種根據權利要求1所述的雙波束微波著陸雷達高精度測距方法實現的微波著陸雷達測距系統，其特征在于包括：

回波獲取模塊：通過天線凸波束和天線凹波束兩個波束同時獲取著陸波束照射區的回波；

包絡比計算模塊：計算凸波束回波和凹波束回波的包絡比；

波束距離測量模塊：計算回波包絡比凹口的極小值點位置；

入射角估計模塊：求取回波包絡比值為1的兩個距離點的距離比，查表獲得波束中心入射角估計，從而完成微波著陸雷達的測距。

8.根據權利要求7所述的微波著陸雷達測距系統，其特征在于：采用同一天線形成凸波束和凹波束兩個波束對目標回波信號進行接收；兩個波束回波信號經凸波束接收通道、凹波束接收通道組成的雙通道進行放大、濾波、下變頻，送給信號處理器進行模數變換產生凸波束回波A(r)和凹波束回波D(r)兩路數字回波，r為雷達距離；

凸波束回波和凹波束回波的包絡比表示為：

回波包絡比R(r)處理獲得R(r)凹口的極小值點位置即為波束中心距離r_c，獲得波束距離的高精度測量，記最小值求取運算為min[]波束中心距離r_c表示為

r_c＝min[R(r)]；

求取回波包絡比值為1的兩個距離點的距離比，具體為：

回波包絡比R(r)在主波束內呈V字形的形狀，首先求取回波包絡比R(r)為1對應的兩個距離點r_n和r_f，r_nr_f；計算r_n和r_f的距離比ρ_nf，表示為

查表獲得波束中心入射角估計，具體為：

距離比ρ_nf和波束入射角θ_inc是單調遞減函數，且與著陸器飛行高度無關，該單調遞減函數為θ_inc＝F(P_A(θ),P_D(θ),ρ_nf)，將上述函數F制表，通過距離比ρ_nf查表即可獲得波束入射角θ_inc的估計值；其中，凸波束功率方向圖P_A(θ)，角度變量為θ，凹波束功率方向圖P_D(θ)。