[发明专利]基于异型阵的子阵数字和差单脉冲测角方法

摘要

本发明公开了一种基于异形阵的子阵数字和差单脉冲测角方法，解决了均匀划分子阵自由度低加窗无效，以及异形阵测角无法划分相同子阵的问题。实现步骤有：优化子阵的初始位置使得子阵相位中心在方位维投影不重合且近似均匀，在方位维等效为一个近似的均匀线阵；阵元级接收信号模型，包括信号、干扰和噪声；阵元级接收数据转换到子阵级，在子阵级进行波束形成；方位维俯仰维测角分别加权形成两个不同指向的波束；方位维俯仰维和差波束；方位维俯仰维和差比曲线；对目标进行测角。本发明优化子阵位置，增加方位维的自由度，实现有效加窗；同时，在子阵级进行数字和差单脉冲测角，充分利用天线孔径，提高测角精度，用于弹载平台雷达测角。

主权项

1.一种基于异型阵的子阵数字和差单脉冲测角方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)优化每行子阵第一个子阵的初始位置，划分的子阵相邻行之间方位维左右交叉排列，使得所有子阵的相位中心在方位维的投影互不重合，优化后形成一个异形阵：(1a)对天线的原始阵列进行划分，划分为L个子阵，每行子阵或单独存在，或多个紧密排列成行，共计I行，I是天线阵面划分的子阵总行数，Ni为第i行子阵的个数，i为任意一个行数，i＝1～I；(1b)假定划分的子阵各行第一个子阵的X轴初始坐标为di，第一行至第I行的第一个子阵X轴初始坐标为d1,…,dI；(1c)优化的各行中各个子阵相位中心的坐标：各行子阵的每个子阵的X轴坐标，在该行第一个子阵初始位置的基础上，均向右平移，平移量为不同个相邻子阵相位中心间距，不同的子阵相位中心间距个数顺序为0～Ni‑1，则优化的各个子阵的X轴坐标：Xjm＝dj+(m‑1)D，D为相邻子阵相位中心的间距，j＝1～I，m＝1～Ni，Xjm为第j行第m个子阵优化后的坐标；(1d)优化准则：优化各行第一个子阵的初始坐标，尽量使投影下来的相邻两个子阵间距尽量相等；通过多维优化，搜索各行第一个子阵的初始坐标d1,…,dI，使得不同行每个子阵的边缘错位不对齐，就是Xjm≠Xpq，j≠p，p＝1～I，q＝1～Ni，且Xjm与其在X轴的投影相邻的两个子阵的间距相等；(1e)优化后得到的异形阵，异形阵子阵的相位中心在方位维投影个数增加，自由度增加，在方位维等效为一个近似的均匀线阵；(2)阵元级接收数据：在异形阵的基础上，天线阵列阵元级的接收信号X(t)包括三种信号，分别是期望信号，互不相关的干扰信号和噪声信号N(t)：X(t)＝AS(t)+N(t)AS(t)包括了期望信号与互不相关的干扰信号；(3)将异形阵阵元级的接收数据X(t)转换到子阵级，对子阵级接收数据进行数字加权，通过异形阵子阵方式进行数字波束形成：(3a)阵元级接收数据到子阵级的转换矩阵D_w为阵元级幅度加权值对应的对角矩阵，为阵元级相位加权对应的对角矩阵，T为用来描述子阵的划分情况的矩阵；(3b)异形阵子阵级的接收数据Xsub(t)＝TdX(t)；(3c)在子阵级进行数字波束形成，子阵级数据加权后的输出W_sub是子阵级加权值，(·)^H表示共轭转置；当只有期望信号时，天线阵列的方向图是阵元级期望信号的导向矢量，其中θ为俯仰角，为方位角；(3d)异形阵采用的是均匀划分的子阵，直接采用方向图乘积定理计算天线阵列的方向图；式中，为子阵的方向图，为子阵构成的稀布阵的方向图；(4)异形阵对方位维测角时，对于不同的俯仰角均进行相位补偿，补偿后在方位维形成两个不同指向的波束：(4a)对俯仰维进行相位补偿，方位维两个不同指向波束权矢量为θ(t)为t时刻的俯仰角，和为两个不同指向的方位角，a₁为子阵级导向矢量；(4b)根据优化后各个子阵的相位中心在方位维的投影顺序对阵列接收数据进行加窗处理，两个不同指向加窗后的权矢量分别为：W_win为窗函数，可以是泰勒窗、汉明窗等；(4c)在方位维得到两个不同指向的波束方向图：(5)通过方位维两个不同指向的波束方向图，计算得到和差波束：(5a)两个波束指向方向图相加形成和波束方向图：∑(t)＝y1(t)+y2(t)(5b)两个波束指向方向图相减形成差波束方向图：△(t)＝y1(t)‑y2(t)(6)根据和差波束的方向图计算和差比，得到异型阵天线的和差比曲线：(7)在一定的信噪比下，对目标回波信号俯仰维相位进行补偿，计算目标方位维的和差比，与和差比曲线对比，实现目标方位角的测量；(8)对目标俯仰角的测量：对于不同的方位角均进行相位补偿，补偿后在俯仰维形成两个不同指向波束：(8a)对方位维进行相位补偿，俯仰维两个不同指向波束权矢量是t时刻的方位角，θ₁和θ₂为两个不同的俯仰角；(8b)返回执行步骤(4b)～步骤(4c)，在俯仰方向得到两个不同波束指向的方向图；(9)接着执行步骤(5)～步骤(6)：根据两个不同指向的波束方向图计算俯仰维的和差方向图，得到俯仰维的和差比曲线；(10)在一定的信噪比下，对目标回波信号方位维相位进行补偿，计算目标俯仰维的和差比，与和差比曲线对比，实现目标俯仰角的测量，结合步骤(7)共同完成基于异型阵的子阵数字和差单脉冲测角方法。