[发明专利]一种基于定向双圆阵的立体阵列天线及其构建方法

权利要求书

1.一种基于定向双圆阵的立体阵列天线，其特征在于，包括两个完全相同的平面定向圆阵，每一平面定向圆阵均包含若干阵元；两个平面定向圆阵所在的平面呈一可调夹角γ，两个平面定向圆阵所在平面的交线不通过两个平面定向圆阵中的任一阵元的中心，且两个平面定向圆阵中的阵元沿所述交线对称分布，每个圆阵的圆心距所述交线的距离为d；所述夹角γ根据利用理论来波方向下测向误差与夹角γ的关系确定；

所述两个平面定向圆阵为定向五元圆阵，均由五个完全相同的高增益窄波束阵元均匀分布构成，圆阵的半径r为圆阵中心到圆阵中任一阵元中心的距离；

确定所述夹角γ，包括下述步骤：

步骤S1，针对所述定向双圆阵的立体阵列建立坐标系；

步骤S2，在上述坐标系下，建立用于对辐射源的来波方向进行估算的测向模型；具体包括以下步骤：

步骤S201：建立相位测量值矩阵；

步骤S202：计算上述相位测量值矩阵中测量初始相位的值；

步骤S203：求取上述相位测量值矩阵中相位测量误差矩阵；

步骤S204：基于最小二乘法构建测向模型；

所述基于最小二乘法构建的测向模型为：

式中，为待测辐射源来波方向矢量，为辐射源来波方向与两个定向五元圆阵最大增益方向的夹角；是辐射源来波方向与两个定向五元圆阵最大增益方向夹角为时相位测量误差的方差，为圆阵的相位，为辐射源波达方向的方位角的估计值，为辐射源波达方向的俯仰角的估计值；i＝1或2，分别表示定向五元圆阵1和定向五元圆阵2；I₅为5×5的单位矩阵；f_i(θ)表示定向五元圆阵i的理论值矩阵；

步骤S3，根据上述测向模型，建立测向误差模型，得到理论来波方向下测向误差与夹角γ的关系；

所述步骤S3根据测向误差模型，估计得到的辐射源来波方向与实际来波方向的夹角方差为：

式中，即为方位角测量误差方差，即为俯仰角测量误差方差，β₀为辐射源波达方向俯仰角的理论值；

步骤S4，利用上述理论来波方向下测向误差与夹角γ的关系，确定具体定向测量时立体阵列天线的γ值。

2.一种构建权利要求1所述立体阵列天线的方法，其特征在于，确定所述夹角γ，包括下述步骤：

步骤S1，针对所述定向双圆阵的立体阵列建立坐标系；

步骤S2，在上述坐标系下，建立用于对辐射源的来波方向进行估算的测向模型；具体包括以下步骤：

步骤S201：建立相位测量值矩阵；

步骤S202：计算上述相位测量值矩阵中测量初始相位的值；

步骤S203：求取上述相位测量值矩阵中相位测量误差矩阵；

步骤S204：基于最小二乘法构建测向模型；

所述基于最小二乘法构建的测向模型为：

式中，为待测辐射源来波方向矢量，为辐射源来波方向与两个定向五元圆阵最大增益方向的夹角，是辐射源来波方向与两个定向五元圆阵最大增益方向夹角为时相位测量误差的方差，为圆阵的相位，为辐射源波达方向的方位角的估计值，为辐射源波达方向的俯仰角的估计值；i＝1或2，分别表示定向五元圆阵1和定向五元圆阵2；I₅为5×5的单位矩阵；f_i(θ)表示定向五元圆阵i的理论值矩阵；

步骤S3，根据上述测向模型，建立测向误差模型，得到理论来波方向下测向误差与夹角γ的关系；

所述步骤S3根据测向误差模型，估计得到的辐射源来波方向与实际来波方向的夹角方差为：

式中，即为方位角测量误差方差，即为俯仰角测量误差方差，β₀为辐射源波达方向俯仰角的理论值；

步骤S4，利用上述理论来波方向下测向误差与夹角γ的关系，确定具体定向测量时立体阵列天线的γ值。