[发明专利]一种用于HF/VHF雷达的微型接收天线及方位角估计方法

权利要求书

1.一种用于HF/VHF雷达的微型接收天线，其特征在于：

包含两个独立的单元，各单元均包括相同的部件，具体包括：环天线、天线谐振回路、天线放大器、供电模块、外围电路；两个单元相互正交地固定于同一电路板上，电路板用绝缘、防水外盒封闭，盒体底部留有两个同轴电缆插座，各单元输出信号分别与同轴电缆插座相连；

所述的环天线包括两组绕制在铁氧体磁棒上的线圈，两个单元中的环天线分别为环天线A和环天线B；环天线A对应线圈a、b，环天线B对应线圈c、d；四个线圈均水平摆放在电路板上，并且关于电路板中心对称；摆放方式包括两种：十字摆放和方形摆放；十字摆放即线圈a、线圈b位于“十”字的一条边上，线圈c、线圈d共轴地位于另一边，且与前者正交；方形摆放即线圈a、线圈b位于方形的两条对边上，线圈c、线圈d位于另外两条对边上；

所述环天线中，两个线圈的一端分别与同一个串联谐振电容连接，两个线圈的另一端分别与同一个天线放大器连接，天线放大器通过电缆与接收机通道连接；

还包括一个新增的独立单元；该新的独立单元的组成部件与另外两个独立单元完全一致，并相应在防水盒底部增加一个同轴电缆插座；新增单元中的环天线C与所述环天线A、B一样，由两组绕制在铁氧体磁棒上的线圈组成，绕制方式完全相同；环天线C的摆放方式与环天线A、B所在平面垂直，即垂直电路板安装，三者关于电路板的中心位置对称。

2.一种利用微型接收天线进行方位角估计的方法，其特征在于，所述微型接收天线包含两个独立的单元，各单元均包括相同的部件，具体包括：环天线、天线谐振回路、天线放大器、供电模块、外围电路；两个单元相互正交地固定于同一电路板上，电路板用绝缘、防水外盒封闭，盒体底部留有两个同轴电缆插座，各单元输出信号分别与同轴电缆插座相连；

所述的环天线包括两组绕制在铁氧体磁棒上的线圈，两个单元中的环天线分别为环天线A和环天线B；环天线A对应线圈a、b，环天线B对应线圈c、d；四个线圈均水平摆放在电路板上，并且关于电路板中心对称；摆放方式包括两种：十字摆放和方形摆放；十字摆放即线圈a、线圈b位于“十”字的一条边上，线圈c、线圈d共轴地位于另一边，且与前者正交；方形摆放即线圈a、线圈b位于方形的两条对边上，线圈c、线圈d位于另外两条对边上；

所述环天线中，两个线圈的一端分别与同一个串联谐振电容连接，两个线圈的另一端分别与同一个天线放大器连接，天线放大器通过电缆与接收机通道连接；

所述方位角估计方法包括以下步骤：

步骤1、架设天线之前，测量对应两个环天线的接收通道的幅度差异G_r，及两个环天线分别达到最大响应时的幅度差异G_a，架设天线之后的通道幅度差异记为G＝G_r·G_a；

步骤2、利用步骤1中得到的幅度校准因子G对回波信号进行幅度校准；

步骤3、提取回波信号中的单到达角信号，并利用这些单到达角回波信号进行环天线通道的相位校准；

步骤4、利用定向算法对步骤3中校准后的单到达角回波信号进行方位角估计；

所述步骤3中提取单到达角回波的方法为：筛选两环天线回波信号中信噪比均高于阈值的谱点，统计这些谱点上两环的相位差分布，搜索其中分布概率高于设定阈值的角度区间，则该区间对应的回波信号来自单到达角目标，取该区间的中间值作为相位校准因子；

所述步骤4中的定向算法为多重信号分类算法，校准后两正交环天线接收到的信号记为X(t)＝[x_A(t),x_B(t)]^T，二者分别为回波磁场信号的两个正交分量，将这两个接收信号相对于磁场模量进行归一化以消除环境对各自环天线方向性的影响，然后再进行方位角估计，变换形式如下：

X′(t)=[xA(t)/xA2(t)+xB2(t),xB(t)/xA2(t)+xB2(t)]T.]]>

3.一种利用权利要求1所述天线进行方位角估计的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、架设天线之前，测量对应三个环天线的接收通道的幅度差异G_r21，G_r31及三个环天线分别达到最大响应时的幅度差异G_a21，G_a31，三个通道按照任意顺序记为通道1、2、3，其中脚标21、31分别表示通道2和通道3相对通道1的幅度差异，架设天线之后的通道幅度差异记为G₂₁＝G_r21·G_a21，G₃₁＝G_r31·G_a31；

步骤2、利用步骤1中得到的幅度校准因子G₂₁和G₃₁对天线通道2和3的回波信号分别进行幅度校准；

步骤3、提取回波信号中的单到达角信号，并利用这些单到达角回波信号进行环天线通道的相位校准；

步骤4、利用定向算法对步骤3中得到的校准后的单到达角回波进行方位角、俯仰角估计；

所述步骤4中的定向算法为多重信号分类算法，校准后三个正交环天线接收到的信号记为X(t)＝[x_A(t),x_B(t),x_C(t)]^T，三者分别为回波磁场信号的三维正交分量，将这三个接收信号相对于磁场模量进行归一化以消除环境对各自环天线方向性的影响，然后再进行方位角估计、俯仰角估计，变换形式如下：

X′(t)=[xA(t)/xA2(t)+xB2(t)+xC2(t),xB(t)/xA2(t)+xB2(t)+xC2(t),...xC(t)/xA2(t)+xB2(t)+xC2(t)]T.]]> 2