[发明专利]双坐标系全空域阵列波束跟踪方法

权利要求书

1.一种双坐标系全空域阵列波束跟踪方法，具有如下技术特征：在全空域测控目标跟踪过程中，全空域球面相控阵测控系统基于双坐标系跟踪，采用双门限切换跟踪坐标系的方式，在每完成一次跟踪后，将当前跟踪出来的俯仰角与预先设置的门限进行比较，判断是否需要切换坐标系进行跟踪；在目标刚开始跟踪时，根据目标俯仰角与门限的比较，首先判断目标俯仰角是否大于门限，当目标俯仰角大于门限时，采用投影直角坐标系进行目标跟踪，否则采用极坐标系进行目标跟踪；在跟踪过程中，若目标在投影直角坐标系下跟踪出的俯仰角大于预设的下门限，则继续采用投影直角坐标系跟踪，否则分别计算方位跟踪环路和俯仰跟踪环路中的环路滤波器积分支路的寄存值，并切换至极坐标系跟踪；若目标极坐标系下跟踪出的俯仰角小于预设的上门限，则继续采用极坐标系进行跟踪，否则分别计算X跟踪环路和Y跟踪环路中的环路滤波器积分支路的寄存值，并切换至投影直角坐标系进行跟踪；

在目标刚开始跟踪时，需要判断目标俯仰角是否大于门限，当目标俯仰角大于门限时，采用投影直角坐标系进行目标跟踪，否则采用极坐标系进行目标跟踪；在采用极坐标系进行跟踪时，分别进行方位角跟踪和俯仰角跟踪；波控系统首先根据目标的方位角φ和俯仰角θ对阵元激活区域进行划分，将阵元激活区域划分为四个区域，四个区域可以用区域L1、L2、L3和L4表示，其中，区域L1和区域L2为阵元俯仰角大于目标俯仰角的阵元集合；区域L3和区域L4为阵元俯仰角小于目标俯仰角的阵元集合；区域L1和区域L3为阵元方位角小于目标方位角的阵元集合；区域L2和区域L4为阵元方位角大于目标方位角的阵元集合；然后分别计算相控阵天线接收信号的和波束、方位差波束和俯仰差波束，和波束为区域L1、L2、L3和L4四个区域所有阵元接收信号之和，方位差波束为区域L1和区域L3阵元接收信号之和与区域L2和区域L4阵元接收信号之和的差，俯仰差波束为区域L1和区域L2阵元接收信号之和与区域L3和区域L4阵元接收信号之和的差；根据和波束和方位差波束计算方位角误差电压，同时根据和波束和俯仰差波束计算俯仰角误差电压；最后采用两个二阶环路分别进行方位跟踪和俯仰跟踪的环路滤波，利用环路滤波结果对目标方位角和目标俯仰角进行角度修正和更新，计算得到更新后的目标方位角和俯仰角，完成极坐标系跟踪；完成极坐标系跟踪后继续判断目标俯仰角是否大于上门限，是则根据目标方位角和俯仰角计算目标坐标X和目标坐标Y，并分别计算X跟踪和Y跟踪环路滤波器的积分支路的寄存值，并切换至投影直角坐标系进行跟踪，否则继续采用极坐标系进行跟踪；

在直角坐标系跟踪时，波控系统分别进行目标投影坐标X跟踪和目标投影坐标Y跟踪，首先将目标方向单位矢量投影到直角坐标系XOY平面，得到投影后的目标坐标X和Y，利用X=cos(θ)cos(φ),Y=cos(θ)sin(φ)，计算公式计算出目标投影坐标X和Y；波控系统根据计算出的目标坐标X和Y对阵元激活区域进行划分，将激活区域划分为L1、L2、L3和L4四个区域，其中，区域L1和区域L2为阵元坐标X大于零的阵元集合，区域L3和区域L4为阵元坐标X小于零的阵元集合，区域L1和区域L3为阵元坐标Y大于零的阵元集合，区域L2和区域L4为阵元坐标Y小于零的阵元集合；然后分别计算相控阵天线接收信号的和波束、X差波束和Y差波束；和波束为区域L1、L2、L3和L4四个区域所有阵元接收信号之和，Y差波束为区域L1和区域L3阵元接收信号之和与区域L2和区域L4阵元接收信号之和的差，X差波束为区域L1和区域L2阵元接收信号之和与区域L3和区域L4阵元接收信号之和的差；波控系统根据和波束和X差波束计算X误差电压，同时根据和波束和Y差波束计算Y误差电压，采用两个二阶环路分别进行X跟踪和Y跟踪的环路滤波，利用环路滤波结果对X和Y进行更新和修正，计算得到更新后的目标直角坐标X和Y；最后根据目标投影直角坐标系计算出的目标投影坐标X和Y计算目标方位角φ和俯仰角θ；目标方位角φ和俯仰角θ计算公式为：

完成目标投影直角坐标系跟踪后，继续判断目标俯仰角是否小于下门限，是则根据目标方位角和俯仰角，分别计算据目标方位跟踪和俯仰跟踪环路滤波器的积分支路的寄存值，并切换至极坐标系进行跟踪，否则继续采用投影直角坐标系进行跟踪。

2.如权利要求1所述的双坐标系全空域阵列波束跟踪方法，其特征在于：在切换时，波控系统首先根据当前目标的方位角和俯仰角，计算目标投影直角坐标系下的X和Y，同时，计算X跟踪和Y跟踪二阶环路中积分支路的寄存值，保证平稳切换；当前跟踪为极坐标系时，若跟踪出的目标俯仰角小于上门限值，则下一次跟踪采用极坐标系，否则切换至直角坐标系跟踪；当前跟踪为直角坐标系时，若跟踪出的目标俯仰角大于下门限值，则下一次跟踪采用直角坐标系，否则切换至极坐标系跟踪。