一种空间平台目标无伺服跟踪测角方法技术

本发明专利技术公开了一种空间平台目标无伺服跟踪测角方法，该方法首先利用角度搜索算法完成大视场角度初值估计，之后利用角度跟踪环进行目标角度跟踪，本发明专利技术能够减少目标角度跟踪计算中的计算量，提高精度。

【技术实现步骤摘要】
一种空间平台目标无伺服跟踪测角方法
本专利技术属于微波雷达测量
，具体涉及一种空间平台目标无伺服跟踪测角方法。
技术介绍
对空间目标角度测量是天基空间目标探测与定位的关键。对一般的雷达，通常采用窄波束发射和接收信号，通过波束的机械扫描或电子扫描实现对探测空域的覆盖，因而雷达分时探测大视场不同位置目标的速率低。在星载条件下，雷达天线的机械扫描不仅是可靠性的薄弱环节，而且会给卫星的姿态稳定带来一定扰动。电扫相控阵天线实现复杂，高频段T/R组件效率低，体积、重量、功耗大，难于满足空间平台系统轻小型化与安装要求。2011年韩月涛等人在《电子测量与仪器学报》第25卷第10期第842页至849页发表的“相位差矢量平均的干涉仪解模糊算法”一文中，提出了一种基于相位差矢量平均的逐次递推解模糊测角方法，该方法利用相位差矢量平均值采取逐次递推解模糊的方法进行测角。该方法降低了通道相位噪声的影响改善了测角精度，但该方法采用相位逐级递推解模糊处理，在低信噪比下解模糊错误会逐级传播。2017年同钊等人在《空间电子技术》第6期第79页至88页发表的“基于相控阵天线的动态飞行器间高精度视线角测量方法”一文中，提出了一种基于和差波束的单脉冲比幅测角方法，该方法实现了对目标角度的动态测量。然而，该方法一方面需要增加额外的和差器以形成和差波束，多通道相控阵天线造成测角系统的体积、重量和功耗增加，不适于在对资源要求苛刻的空间平台应用；另一方面，该方法对接收信号的信噪比阈值要求高，限制了其应用范围。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种空间平台目标无伺服跟踪测角方法，能够克服上述缺陷，减少目标角度跟踪计算中的计算量，提高精度。实现本专利技术的技术方案如下：一种空间平台目标无伺服跟踪测角方法，包括以下步骤：步骤1、计算目标回波信号的平均相位矢量；步骤2、构造本地参考信号的相位矢量；步骤3、利用步骤1的平均相位矢量和步骤2的相位矢量构造导向矢量相关函数，在设定角度范围内搜索导向矢量相关函数的最大值，其对应的角度即为单次角度测量值；步骤4、重复步骤3，基于多次角度测量值预测目标角度；步骤5、再次计算目标回波信号的平均相位矢量；步骤6、利用上一次计算得到的角度跟踪值的左偏角和右偏角分别构造本地参考信号的相位矢量；所述角度跟踪值的初始值为预测得到的目标角度；步骤7、利用左偏角构造的相位矢量和步骤5得到的平均相位矢量进行矢量相关运算得到Pls(θ)，利用右偏角构造的相位矢量和步骤5得到的平均相位矢量进行矢量相关运算得到Prs(θ)，利用Pls(θ)和Prs(θ)计算得到角误差信号θpk；步骤8、对θpk进行环路滤波，滤波结果作为数字控制振荡器的更新控制字；数字控制振荡器的输出值为当前的角度跟踪值，数字控制振荡器的角度累加器的初始值为预测得到的目标角度。进一步地，所述目标回波信号采用广角天线进行采集。进一步地，步骤7中，利用Pls(θ)和Prs(θ)通过归一化角误差鉴别器计算得到角误差信号θpk。有益效果1、本专利技术提供的一种空间平台目标无伺服跟踪测角方法，利用角度跟踪环进行目标角度跟踪，不但能够满足近距离和远距离目标的测角精度要求，并且计算量小，具有很好的远近目标适应能力。2、本专利技术采用阵列广角天线进行目标回波信号的采集，无需在空间平台安装伺服系统控制天线机械扫描，避免了传统机械扫描天线跟踪测角对空间平台的扰动。3、与相控阵雷达跟踪测角方法相比，本专利技术方法有效降低了体积、重量和功耗，更适于在对资源要求苛刻的空间平台应用。4、本专利技术采用归一化角误差鉴别器对测角误差进行鉴别，消除了接收机热噪声功率起伏对鉴别器输出的影响，能够提供稳定的鉴别增益，提高了跟踪环路的稳定性。附图说明图1为本专利技术角跟踪环路结构框图。图2为本专利技术近场目标回波模型示意图。图3为本专利技术角跟踪环路一阶滤波器的数字实现。图4为本地跟踪角NCO结构框图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种空间平台目标无伺服跟踪测角方法，该方法首先利用角度搜索算法完成大视场角度初值估计，之后利用角度跟踪环进行目标角度跟踪，下面参照附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明：在本专利技术方法实施之前，根据目标可能出现的角度范围，设计选择广角(大视场)天线单元，并完成天线阵列的构型设计，天线阵列的构型无特定要求，该天线阵列可直接固定安装于空间平台，用于对空间目标回波或辐射无线信号的接收。步骤1、计算远场或近场目标回波信号的平均相位矢量；不失一般性考虑M维线阵，目标的入射角为θ，利用阵列接收信号载波相位差的N个测量值，构造N个相位矢量As(θ,n)：式(1)中，φm,n(θ)＝πhmsinθ+Δφm,n表示线接收阵第m个测量通道第n个观测样本载波相位差测量值；hm＝2dm/λ为第m个测量通道基线长度dm与载波信号半波长λ/2的比值；Δφm,n表示第m个测量通道第n个观测样本载波相位的测量误差。计算N个相位矢量As(θ,n)的平均值步骤2、构造本地参考信号的相位矢量；对于远场目标：以宽步长在角度[-90°,90°]范围等间距划分2P个搜索格点，依据天线阵列流型，根据每一格点角度θi(i＝1,2,…,2P)对应的参考信号载波相位差矢量[Φ1(θi),Φ2(θi),…,ΦM(θi)]T＝[πh1sinθi,πh2sinθi,…,πhMsinθi]T(i＝1,2,…,2P)，构造出本地参考信号载波相位差的导向矢量A(θi)：对于近场目标：如图2所示为近场目标回波模型，以宽步长在角度范围[-90°,90°]等间距划分2P个搜索格点，依据天线阵列流型，根据每一格点角度θi(i＝1,2,…,2P)计算目标S到各个通道的距离式(4)中，为近场目标S到测角天线阵坐标原点O的距离估计值，天线阵坐标原点O为天线阵列的几何中心，为搜索角度θi时，目标S到天线第m通道的距离，λ为载波波长，hm为天线第m通道到坐标原点O距离半波长的倍数。对应的基于距离辅助的参考信号载波相位差矢量为式(5)中，为第m通道搜索角度θi时的相位差重构值。利用式(5)构造出本地参考信号载波相位差的导向矢量步骤3、利用步骤1的平均相位矢量和步骤2的相位矢量构造导向矢量相关函数，在设定角度范围内搜索导向矢量相关函数的最大值，其对应的角度即为单次角度测量值；定义并计算与A(θi)的相位矢量匹配相关函数C(θi)：遍历[-90°,90°]范围内2P个格点，计算C(θi)的值并搜索极大值点，极大值点对应的θi即为单次角度测量值argmax(·)表示使括号内的表达式达到最大值时的变量的取值。步骤4、重复步骤3，基于多次角度测量值预测目标角度；重复步骤3累计2K次，得到2K个角度测量值并存储，为方便后文记为分别对前K个角度测量值和后K个角度测量值进行排序处理，分别得到排序后的测角值序列和sort(·)表示排序；计算中L个点的平均值以及中L个点的平均值计算与差值的绝对值ε：判断ε的大小，如果ε≤ξ(ξ为初始值预置门限)，则角度测量初始值即为如果ε>ξ，则认为或中存在异常，继续重复步骤3～步骤4，直到满足步骤4的与差值的绝对值ε≤ξ的条件。步骤5、再次计算远场或近场目标回波信号的平均相位矢量；在完成角度初始值的预测后，将预测值预置给本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间平台目标无伺服跟踪测角方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、计算目标回波信号的平均相位矢量；步骤2、构造本地参考信号的相位矢量；步骤3、利用步骤1的平均相位矢量和步骤2的相位矢量构造导向矢量相关函数，在设定角度范围内搜索导向矢量相关函数的最大值，其对应的角度即为单次角度测量值；步骤4、重复步骤3，基于多次角度测量值预测目标角度；步骤5、再次计算目标回波信号的平均相位矢量；步骤6、利用上一次计算得到的角度跟踪值的左偏角和右偏角分别构造本地参考信号的相位矢量；所述角度跟踪值的初始值为预测得到的目标角度；步骤7、利用左偏角构造的相位矢量和步骤5得到的平均相位矢量进行矢量相关运算得到Pls(θ)，利用右偏角构造的相位矢量和步骤5得到的平均相位矢量进行矢量相关运算得到Prs(θ)，利用Pls(θ)和Prs(θ)计算得到角误差信号θpk；步骤8、对θpk进行环路滤波，滤波结果作为数字控制振荡器的更新控制字；数字控制振荡器的输出值为当前的角度跟踪值，数字控制振荡器的角度累加器的初始值为预测得到的目标角度。

【技术特征摘要】
1.一种空间平台目标无伺服跟踪测角方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、计算目标回波信号的平均相位矢量；步骤2、构造本地参考信号的相位矢量；步骤3、利用步骤1的平均相位矢量和步骤2的相位矢量构造导向矢量相关函数，在设定角度范围内搜索导向矢量相关函数的最大值，其对应的角度即为单次角度测量值；步骤4、重复步骤3，基于多次角度测量值预测目标角度；步骤5、再次计算目标回波信号的平均相位矢量；步骤6、利用上一次计算得到的角度跟踪值的左偏角和右偏角分别构造本地参考信号的相位矢量；所述角度跟踪值的初始值为预测得到的目标角度；步骤7、利用左偏角构造的相位矢量和步骤5得到的平均相位矢量进行矢量相关运算...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔嵬，姚杰，韩月涛，吴嗣亮，梁艺宝，沈清，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11