[发明专利]低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法

说明书

本发明提供了一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，包括：所述低轨星载多波束正六边形相控阵天线为正六边形三角形栅格相控阵天线，共有三条对角线，任选两条作为测角方向，记为X方向和Y方向，在X方向和Y方向分别利用直接加权法进行一维和差测角；根据泰勒综合法及贝利斯综合法获取和波束及差波束，通过差和比获得鉴角曲线，采用分段拟合算法提升鉴角性能；利用空间几何原理及三角函数相关性质，建立二维解算模型，根据上述X方向及Y方向测角所得偏角，获得俯仰角及方位角；引入第三条对角线，构建校正方程组，并根据校正方程组的结果进行误差校正。

技术领域

本发明涉及低轨星载多波束天线测向技术领域，特别涉及一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法。

背景技术

针对低轨星载多波束天线测向的需求，现有星载芯片处理能力有限，对算法复杂度有较高的限制。近期的研究热点，包括压缩采样稀疏阵列结构DOA、连续信号子空间拟合DOA等算法，以及常规的MUSIC等高分辨率DOA算法都难以同时达到低复杂度和高精度的要求。因此需要寻求符合要求的新算法。

单脉冲和差测向由于其精度高、计算复杂度低、工程实现容易的优点在测向定位领域得到了广泛关注，相控阵和差测向天线在雷达中也得到广泛的应用。初步分析应该也可符合低轨星载多波束天线测向的要求。

现阶段，单脉冲和差测向的研究主要集中在半阵法、直接加权法和双指向法等方面。其中，半阵法是一种比相测角方法，又称对称取反法，即和波束按基本波束形成方法得到，差波束权值为和波束权值对称取反。而直接加权法及双指向法为比幅测向方法，其中，直接加权法是直接对和波束和差波束分别加Taylor权和Bayliss权从而有效控制旁瓣电平，实现抗干扰。双指向法是对先形成的相互覆盖的两个基本波束的输出模值做和与差，从而形成和差波束。现有研究表明直接加权法在鉴角范围和精度以及抗噪性能上都有优势。

单脉冲和差测向在地面雷达领域得到广泛的应用，但是应用到卫星定位中，仍存在很多问题。一方面，现有和差测向算法常用于矩形阵，而针对工程中常应用的正六边形相控阵，现有算法需要将正六边形填充为13×7矩阵，效率极低。另一方面，卫星通信工作环境差，超长的传输距离以及不稳定的传输媒介使卫星通信具有低于常规雷达的信噪比，算法的稳定性和精度都会受到不同程度的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，以解决现有的单脉冲和差测向不适用于低轨星载多波束天线测向的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，包括：

所述低轨星载多波束正六边形相控阵天线为正六边形三角形栅格相控阵天线，共有三条对角线，任选两条作为测角方向，记为X方向和Y方向，在X方向和Y方向分别利用直接加权法进行一维和差测角；

根据泰勒综合法及贝利斯综合法获取和波束及差波束，通过差和比获得鉴角曲线，采用分段拟合算法提升鉴角性能；

利用空间几何原理及三角函数相关性质，建立二维解算模型，根据上述X方向及Y方向测角所得偏角，获得俯仰角及方位角；

利用空间几何原理及三角函数相关性质，引入第三条对角线，构建校正方程组，并根据校正方程组的结果进行误差校正。

可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，所述直接加权法包括：

对和波束和差波束分别选取合适的权值，控制旁瓣电平，从而达到抗旁瓣干扰的目的；

为了使和差方向图实现低副瓣电平，和波束采用泰勒综合法进行测角，差波束采用贝利斯综合法进行测角。

可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，所述泰勒综合法包括：