[發明專利]寬帶平面陣列多波束形成方法及比幅測角方法

在審

• 申請號: 202310238985.0
• 申請日: 2023-03-13
• 公開（公告）號: CN116430303A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 范勝召;王琦;張振華;劉憲軍;李金炳;陳昳霏
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十九研究所
• 主分類號: G01S3/28
• 分類號: G01S3/28;G01S3/38;G01S3/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 管高峰

本發明公開了寬帶平面陣列多波束形成方法及比幅測角方法。寬帶平面陣列多波束形成方法包括：在空間直角坐標系中，建立歸一化空域頻率模型；對二維空域DFT進行均勻化頻率采樣，據此設計波束形成系數；對寬帶平面陣列各陣元的數字化采集信號，基于設計的波束形成系數，進行多波束形成計算；對多波束形成結果，進行空頻二維聯合檢測，輸出檢出信號的頻率、波束號和相鄰波束幅度等信息。比幅測角方法包括：基于波束形成系數，建立與歸一化空域頻率對應的幅度比值表；根據多波束檢出信號的幅度信息，在幅度比值表中完成匹配處理，估計歸一化空域頻率值；基于歸一化空域頻率模型，解算出信號的入射二維角度。

技術領域

本發明屬于被動雷達無源探測技術領域，尤其涉及寬帶平面陣列多波束形成方法及比幅測角方法。

背景技術

被動雷達自身不發射電磁信號，而是通過截獲目標輻射源的雷達信號，實現對目標的探測和發現。因為不需要主動發射能量，被動雷達具有隱蔽性高、安全性能好等優勢。

為了在寬帶、寬空域實現對輻射源的高靈敏度截獲和高精度測向，基于數字多波束形成和交叉比幅測角技術的寬帶數字陣列系統，在被動雷達領域應用廣泛。

寬帶平面陣列實現高精度二維測向，往往借鑒一維測向系統的處理思路，將方位比幅測角和俯仰比幅測角分別處理。中國專利公開號CN114236465A公開的一種搜索式二維高精度比幅測向方法及裝置，分別用單獨的方位測向天線陣列和俯仰測向天線陣列，各自根據不同頻率點測向波束功率差值和入射角度的關系(即比幅曲線)，計算出對應的一維角度，不同頻率點和不同指向波束間的比幅曲線存在差異。中國專利公開號CN113866709A公開的一種相控陣交叉多波束比幅測向方法，該方案在搜索空域范圍的方位方向上采用數字波束合成即DBF構建同時多波束，在俯仰方向上通過劃分左右半陣，利用模擬波束合成即ABF構建雙波束，分別計算方位及俯仰相鄰波束間的幅度差值表，同時通過設計恒定束寬波束形成器，使得基陣對不同頻率的輸入信號具有相同的波束圖，從而簡化比幅曲線的設計。

設計單獨的方位測向天線陣列和俯仰天線陣列，由于各自波束形成處理沒有使用全部陣元數據，影響了系統信號增益。由于寬帶平面陣列的波束形成響應，是與頻率、方位和俯仰等相關的函數，因此波束形成系數和比幅曲線的設計需要涵蓋對不同頻率和不同波束指向(方位和俯仰)的處理。專利CN114236465A需要計算和存儲不同頻率和不同指向波束間的比幅關系參數，數據量較大，而專利CN113866709A需要為陣元設計一組隨頻率變化的幅度加權系數，使得不同頻率的波束主瓣寬度相同，因此波束形成系數設計較為復雜，同時不同的陣元幅度加權系數也會導致不同波束的檢測性能出現差異。

綜上所述，現有的波束形成和二維比幅測向方法，存在陣元數據利用不充分、波束形成系數或者比幅曲線設計復雜、不同波束檢測性能不一致等問題，不能完全適應寬頻帶、多波束寬空域覆蓋的高精度二維比幅測向需求。

發明內容

本發明的目的在于，為克服現有技術缺陷，提供了寬帶平面陣列多波束形成方法及比幅測角方法,能夠同時進行方位和俯仰二維測角的寬帶平面陣列波束形成和二維比幅測角。

本發明目的通過下述技術方案來實現：

一種寬帶平面陣列多波束形成方法，包括以下步驟：

在空間直角坐標系中，確定各陣元的位置坐標，建立歸一化空域頻率模型，通過二維空域DFT的均勻化頻率采樣分析，設計波束形成系數；

將寬帶平面陣列各陣元的數字化采集信號變換為多個窄帶的幅相信號，基于所述波束形成系數完成多波束形成處理，針對多波束形成的幅度數據，進行空域和頻域率聯合檢測，輸出檢測信號的相關信息，所述檢測信號為幅度超過預設閾值的空頻域峰值信號，所述相關信息包括頻率、波束號、所在波束以及相鄰波束的幅度信息。

進一步的，所述歸一化空域頻率模型表達式包括：