一种构建四阵元立体阵列的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种构建四阵元立体阵列的方法，其特征在于，方法包括：初步构建四阵元立体阵；根据第四阵元的初始旋转角度和测向模型，获取辐射源波达方向的第一估计值；根据辐射源波达方向的第一估计值和测向误差，获取测向误差最小值时对应的第四阵元的第一旋转角度；再根据第四阵元的第一旋转角度、测向模型和测向误差迭代获取第四阵元的第N旋转角度值，N≥2；判断第N旋转角度值与第N‑1旋转角度的差值是否小于角度差值预设值和/或迭代次数N是否大于迭代次数预设值；若是，则停止迭代，根据所述第N旋转角度构建最终的四阵元立体阵列；若否，则继续迭代获取第N+1旋转角度。通过迭代优化部分阵元的旋转角度，提升辐射源波达方向的估计精度。

【技术实现步骤摘要】
一种构建四阵元立体阵列的方法和装置
本专利技术涉及阵列天线测向
，具体涉及一种构建四阵元立体阵列的方法和装置。
技术介绍
阵列天线测向系统是一种重要的被动式测向装备，相对于主动工作的雷达系统，除了具有抗截获、抗干扰等优点外，还具有测向精度高、体积重量小、成本低等优点，近年来受到重视，并已多次应用于星载装备。当前常用的测向阵列天线多为平面阵，即多个阵元处于同一平面。在应用过程中，此类平面阵在阵面法向区域(通常为卫星星下点位置)往往可以得到比较理想的测向精度，但在偏离阵面法向方位较远的区域(通常为较小俯仰角区域)测向精度显著下降。然而，在一些特定场景中，除希望阵面法向位置具有较高测向精度外，在偏离法向方位较远的区域仍希望具有较高的测向精度以满足应用需求。在辐射源波达方向不确定的情况下，为了满足在较小俯仰角区域测向精度的需求，通常的做法有阵面偏置、加大阵元尺寸、加大基线长度等。其中，阵面偏置就是通过将阵面的安装平面旋转一定角度以满足应用需求，但这种做法是以牺牲原阵面法向区域测向精度为代价的。加大阵元的本质是通过提升接收信号的信噪比，改善相位差测向精度以提升各区域的测向精度，但对于一些低频段的测向阵存在阵元尺寸原本就较大的问题，进一步加大阵元尺寸将会给阵元的安装、布局带来更大的压力。加大基线长度也将有助于各区域测向精度的提升，但无疑会带来测向模糊的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种构建四阵元立体阵列的方法和装置，以解决在辐射源波达方向不确定的情况下，现有平面阵在较小俯仰角区域的测向精度低问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种构建四阵元立体阵列的方法，所述方法包括：将传统三阵元平面阵所在的三维直角坐标系任意旋转一初始角度，添加一个非共面的第四阵元，初步构建四阵元立体阵列，并基于构建的四阵元立体阵列获取测向模型和测向误差；根据第四阵元的初始旋转角度和所述测向模型，获取辐射源波达方向的第一估计值；根据所述辐射源波达方向的第一估计值和所述测向误差，获取测向误差最小值时对应的第四阵元的第一旋转角度；再根据第四阵元的第一旋转角度、所述测向模型和所述测向误差迭代获取第四阵元的第N旋转角度值，所述N≥2；判断第N旋转角度值与第N-1旋转角度的差值是否小于角度差值预设值和/或迭代次数N是否大于迭代次数预设值；若是，则停止迭代，根据所述第N旋转角度构建最终的四阵元立体阵列；若否，则继续迭代获取第N+1旋转角度。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种构建四阵元立体阵列的装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间通过内部总线通讯连接，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时能够实现如下步骤：将传统三阵元平面阵所在的三维直角坐标系任意旋转一初始角度，添加一个非共面的第四阵元，初步构建四阵元立体阵列，并基于构建的四阵元立体阵列获取测向模型和测向误差；根据第四阵元的初始旋转角度和所述测向模型，获取辐射源波达方向的第一估计值；根据所述辐射源波达方向的第一估计值和所述测向误差，获取测向误差最小值时对应的第四阵元的第一旋转角度；再根据第四阵元的第一旋转角度、所述测向模型和所述测向误差迭代获取第四阵元的第N旋转角度值，所述N≥2；判断第N旋转角度值与第N-1旋转角度的差值是否小于角度差值预设值和/或迭代次数N是否大于迭代次数预设值；若是，则停止迭代，根据所述第N旋转角度构建最终的四阵元立体阵列；若否，则继续迭代获取第N+1旋转角度。本专利技术的有益效果是：本专利技术的技术方案，通过将传统三阵元平面阵所在的三维直角坐标系任意旋转一初始角度，添加一个非共面的第四阵元，初步构建四阵元立体阵列，并基于构建的四阵元立体阵列获取测向模型和测向误差；根据第四阵元的初始旋转角度和所述测向模型，获取辐射源波达方向的第一估计值；根据所述辐射源波达方向的第一估计值和所述测向误差，获取测向误差最小值时对应的第四阵元的第一旋转角度；再根据第四阵元的第一旋转角度、所述测向模型和所述测向误差迭代获取第四阵元的第N旋转角度值，N≥2；判断第N旋转角度值与第N-1旋转角度的差值是否小于角度差值预设值和/或迭代次数N是否大于迭代次数预设值；若是，则停止迭代，根据所述第N旋转角度构建最终的四阵元立体阵列；若否，则继续迭代获取第N+1旋转角度。使用本专利技术最终构建的四阵元立体阵列，既可以保证在较大仰角区域测向精度，也能够提升在较小俯仰角区域的测向精度，满足待测波方向在期望俯仰角区域的测向精度。另外，在辐射源波达方向不确定的情况下，能够基于辐射源波达方向的估计结果迭代部分阵元的旋转角度，可最大限度地提升辐射源波达方向的估计精度。附图说明图1是本专利技术一个实施例的一种构建四阵元立体阵列方法的流程图；图2是本专利技术一个实施例的另一种构建四阵元立体阵列方法的流程图；图3是本专利技术一个实施例的一种四阵元立体直角阵坐标系的示意图；图4是本专利技术一个实施例的一种构建四阵元立体阵列装置的结构示意图；图5是本专利技术一个实施例的当γ＝120°时，四阵元立体直角阵的测向精度等高线的示意图；图6是本专利技术一个实施例的当γ＝135°时，四阵元立体直角阵的测向精度等高线的示意图；图7是本专利技术一个实施例的利用网格搜索法计算辐射源波达方向估计值的示意图；图8是本专利技术一个实施例的迭代获取第四阵元旋转角度与测向误差的对应关系图。具体实施方式本专利技术的设计构思是：为了能够在辐射源波达方向不确定的情况下，可最大限度地提升辐射源波达方向的估计精度，基于辐射源波达方向的估计结果迭代部分阵元的旋转角度。实施例一图1是本专利技术一个实施例的一种优化四阵元立体阵列方法的流程图，如图1所示，在步骤S110中，将传统三阵元平面阵所在的三维直角坐标系任意旋转一初始角度，添加一个非共面的第四阵元，初步构建四阵元立体阵列，并基于构建的四阵元立体阵列获取测向模型和测向误差；在本专利技术的一个实施例中，所述基于构建的四阵元立体阵列获取测向模型和测向误差包括：所述基于构建的四阵元立体阵列获取的测向模型为：根据公式计算辐射源波达方向的估计值；其中，T表示矩阵的转置，Σ为正定矩阵，θ是待测波方向矢量，且是待测波方向矢量的估计值，且是待测波方向的方位角的估计值，是待测波方向的俯仰角的估计值；是相位差测量值矩阵；是相位差理论值矩阵；是相位差测量误差矩阵，且服从均值是0、协方差矩阵是Σ的高维正态分布；所述基于构建的四阵元立体阵列获取的测向误差为：根据公式计算所述待测波方向的估计值和实际值之间的夹角方差其中是相位差测量误差的方差，α0是待测波方向方位角的理论值，β0是待测波方向俯仰角的理论值，将作为所述待测波方向的估计值和实际值之间的测向误差。在步骤S120中，根据第四阵元的初始旋转角度和所述测向模型，获取辐射源波达方向的第一估计值；在本专利技术的一个实施例中，利用网格搜索法计算所述测向模型的最小值对应的辐射源波达方向估计值。在本专利技术的一个实施例中，所述利用网格搜索法计算所述测向模型的最小值对应的辐射源波达方向估计值包括：将所述测向模型进行等价变换得到：采用网格搜索法计算的最大值对应的辐射源波达方向的估计值作为在步骤S130中，根据所述辐射源波达方向的第一估计值和所述测向误差，获取测向误差最小值时对应的第四阵元的第一旋转角度；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种构建四阵元立体阵列的方法，其特征在于，所述方法包括：将传统三阵元平面阵所在的三维直角坐标系任意旋转一初始角度，添加一个非共面的第四阵元，初步构建四阵元立体阵列，并基于构建的四阵元立体阵列获取测向模型和测向误差；根据第四阵元的初始旋转角度和所述测向模型，获取辐射源波达方向的第一估计值；根据所述辐射源波达方向的第一估计值和所述测向误差，获取测向误差最小值时对应的第四阵元的第一旋转角度；再根据第四阵元的第一旋转角度、所述测向模型和所述测向误差迭代获取第四阵元的第N旋转角度值，所述N≥2；判断第N旋转角度值与第N‑1旋转角度的差值是否小于角度差值预设值和/或迭代次数N是否大于迭代次数预设值；若是，则停止迭代，根据所述第N旋转角度构建最终的四阵元立体阵列；若否，则继续迭代获取第N+1旋转角度。

【技术特征摘要】
1.一种构建四阵元立体阵列的方法，其特征在于，所述方法包括：将传统三阵元平面阵所在的三维直角坐标系任意旋转一初始角度，添加一个非共面的第四阵元，初步构建四阵元立体阵列，并基于构建的四阵元立体阵列获取测向模型和测向误差；根据第四阵元的初始旋转角度和所述测向模型，获取辐射源波达方向的第一估计值；根据所述辐射源波达方向的第一估计值和所述测向误差，获取测向误差最小值时对应的第四阵元的第一旋转角度；再根据第四阵元的第一旋转角度、所述测向模型和所述测向误差迭代获取第四阵元的第N旋转角度值，所述N≥2；判断第N旋转角度值与第N-1旋转角度的差值是否小于角度差值预设值和/或迭代次数N是否大于迭代次数预设值；若是，则停止迭代，根据所述第N旋转角度构建最终的四阵元立体阵列；若否，则继续迭代获取第N+1旋转角度。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于构建的四阵元立体阵列获取的测向模型为：根据公式计算辐射源波达方向的估计值；其中，T表示矩阵的转置，Σ为正定矩阵，θ是待测波方向矢量，且θ＝(α,β)；是待测波方向矢量的估计值，且是待测波方向的方位角的估计值，是待测波方向的俯仰角的估计值；是相位差测量值矩阵；是相位差理论值矩阵；是相位差测量误差矩阵，且服从均值是0、协方差矩阵是Σ的高维正态分布；基于构建的四阵元立体阵列获取的测向误差为：根据公式计算所述待测波方向的估计值和实际值之间的夹角方差其中是相位差测量误差的方差，α0是待测波方向方位角的理论值，β0是待测波方向俯仰角的理论值，将作为所述待测波方向的估计值和实际值之间的测向误差。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据第四阵元的初始旋转角度和所述测向模型，获取辐射源波达方向的第一估计值包括：将所述测向模型进行等价变换得到公式：将所述第四阵元的初始旋转角度代入上述公式，采用网格搜索法计算的最大值对应的辐射源波达方向的估计值将所述估计值作为辐射源波达方向的第一估计值。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述辐射源波达方向的第一估计值和所述测向误差，获取测向误差最小值时对应的第四阵元的第一旋转角度包括：将代入所述测向误差根据公式计算所述第一旋转角度值，其中，γk为所述第一旋转角度值，β0是待测波方向俯仰角的理论值，是待测波方向的方位角测量误差方差，是待测波方向的俯仰角测量误差方差。5.一种构建四阵元立体阵列的装置，其特征在于，所述装置包括存储器和处理器，所述存...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤明懿，陆安南，邱焱，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十六研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33