[发明专利]一种基于异形阵的MUSIC与和差波束联合测角方法

说明书

本发明一种基于异形阵的MUSIC与和差波束联合测角方法，由数个模块化超宽带子阵构成“L+十”型阵列，基于“十”型阵列，采用子阵级二维和差波束获得无角度模糊的方位和俯仰角初步粗估计。基于“L”型均匀稀疏子阵列的X和Y臂，采用MUSIC算法，获取目标与X和Y轴存在角度模糊的精确夹角估计。利用目标与X和Y轴夹角空间几何约束，设计了参数寻优代价函数，求得目标与X、Y和Z轴夹角无角度模糊的精确估计。基于方位和俯仰角与X、Y和Z轴夹角的空间几何映射，最终求得目标无角度模糊的方位和俯仰角精确估计。该方法将测角精度由和差波束1/20子阵波束宽度水平提升至1/1000子阵波束宽度，实现了天基二维无角度模糊、低复杂度、精确测角能力。

技术领域

本发明属于天基信息获取领域，涉及一种基于异形阵的MUSIC与和差波束联合测角方法。

背景技术

现代信息化战争中，战场边界空前扩展，渗透于陆、海、空、天、网、电磁等六大领域，同时态势瞬息万变，争夺信息权的战法和范式推陈出新，这对军事装备的功能模式提出更高要求，特别是对天基装备的技术要求，呈现信息化、软件化、智能化、网络化、一体化等新特点，需要发展和强化多样化探测手段并融合处理的能力。基于以上对天基装备发展提出的新要求以及面临新挑战，未来新一代卫星载荷需要同时具备搜索、发现、识别、对抗与打击等多种不同的功能，并在轨自主运行与处理，以满足战场态势瞬息万变，任务不断变化应对需求。按传统的单个功能配置单独天线的使用方法，会引起天线数量众多、平台拥挤、电磁兼容等问题。因此，雷达、通信及电子战设备天线孔径的综合与共享，是解决上述问题的一个有效途径。采用具备超宽带宽角扫描的相控阵天线阵列，由于其可以灵活地进行子阵的划分、组合和拆分，可以同时形成多个指向和宽度不同的波束，是实现多种功能共享孔径的有效途径。

电子侦察系统需要工作在超宽带接收状态(如2～18GHz)，考虑低轨500km 的轨道高度，以能侦收到绝大多数重点通信和雷达辐射源为准则，电子侦察单天线尺寸大约需要0.04m×0.04m(8×8规模)。工作在14～18GHz雷达探测系统为实现米级分辨率成像，大约需要3.4m×0.75m的天线规模。为实现雷达探测系统和电子侦察系统共享孔径，在雷达探测系统天线的方位向和距离向，布设数个0.04m×0.04m模块化超宽带宽角扫描子阵，侦察子阵相位中心间隔 0.04m，18GHz信号波长为0.016m，侦察子阵间距和高频18GHz波长比为2.5，构成了均匀稀疏阵列，采用常规2D-MUSIC进行测角，虽然测角分辨率高测角精度优良，但大规模矩阵运算和二维谱峰搜索会带来繁重的运算负担，并且产生测角模糊；采用相控阵子阵级和差波束测角，虽然无角度模糊问题，但测角精度差。因此，天基多功能共孔径载荷系统，缺乏一种无角度模糊、运算复杂度较低的二维精确测角手段。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种基于异形阵的MUSIC 与和差波束联合测角方法，既能避免大规模矩阵运算和二维谱峰搜索带来的繁重运算负担及产生的测角模糊问题，又能克服常规二维和差波束带来的测角精度低的缺陷。

本发明的技术解决方案是：一种基于异形阵的MUSIC与和差波束联合测角方法，包括：

构建模块化超宽带宽角扫描子阵；分别编号为1，2，…，M，M+1，…， N，N+1；M和N均为正整数；

建立空间坐标系OXYZ，目标来波方向位于X，Y和Z三轴正半轴构成的立体空间内；定义俯仰角θ为来波方向与XOY平面的夹角；方位角为来波方向在XOY平面的投影与X轴的夹角，α为来波方向与Z轴的夹角，β为目标辐射源与X轴的夹角，γ为目标辐射源与Y轴的夹角；

选取四个模块化超宽带宽角扫描子阵，获得目标辐射源无角度模糊的和θ的初步粗估计值；选取M个模块化超宽带宽角扫描子阵，计算得到目标辐射源与Y轴存在角度模糊的夹角精确估计值γ_ζ；选取N-M个模块化超宽带宽角扫描子阵，计算得到目标辐射源与X轴存在角度模糊的夹角精确估计值β_ξ；