一种星载三阵元单脉冲两维测向方法技术

本发明专利技术公开了一种星载三阵元单脉冲两维测向方法，步骤如下：首先根据接收信号的最短波长、比幅测角精度计算最长基线限制，根据要求的测角精度及接收信号的最长波长计算最短基线长度要求，比较最长、最短基线要求，确定基线长度；根据天线间隔、天线波束指向角、幅度相位方向图，计算不同方向入射信号对应的幅度差表和相位差表；然后利用三阵元接收同一信号的幅度差与幅度差表进行相关，得到信号入射方向的粗测值；最后利用比幅测向的粗测结果及测向精度确定信号入射方向的搜索范围，利用三通道间相位差与相位差表进行相关及插值处理，得到精测角结果。本发明专利技术通过减少阵元数，减少系统通道数，降低系统设备量，有效提高星载告警系统测向精度。

A Two-Dimensional Direction Finding Method for Spaceborne Three-Array Monopulse

The invention discloses a space-borne three-element monopulse two-dimensional direction finding method. The steps are as follows: firstly, the longest baseline limit is calculated according to the shortest wavelength and the angular accuracy of the received signal; secondly, the shortest baseline length is calculated according to the required angular accuracy and the longest wavelength of the received signal; secondly, the longest and shortest baseline length is determined by comparing the longest and shortest baseline requirements; secondly, the baseline length is determined according to Beam pointing angle and amplitude phase pattern are used to calculate the amplitude difference table and phase difference table corresponding to the incident signal in different directions; then the amplitude difference of the same signal is received by three array elements and correlated with the amplitude difference table to obtain the rough measurement value of the incident direction of the signal; finally, the search range of the incident direction of the signal is determined by the rough measurement result of the direction of comparison and the direction finding accuracy, and the phase between three channels is used. The difference is correlated with the phase difference meter and interpolated to obtain the precise angle measurement results. The invention effectively improves the direction finding accuracy of the on-board warning system by reducing the number of array elements, reducing the number of system channels, reducing the amount of system equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种星载三阵元单脉冲两维测向方法
本专利技术属于电子信号侦察领域，具体涉及一种星载三阵元单脉冲两维测向方法。
技术介绍
为了应对反卫星武器的威胁，适应复杂电磁环境，迫切需要发展有效的星载宽带雷达告警测向系统。传统的雷达告警系统常采用比幅测向技术，广泛应用于机载平台。传统的比幅测向技术，利用两个通道接收信号的幅度对比进行测向，这种方法对接收信号的信噪比比较敏感，其测角精度约为3dB波束宽度的十分之一。对于雷达告警天线单元，由于要求瞬时覆盖的范围较大，其3dB波束宽度一般为90°，其对应的比幅测角精度为10°左右，这样的测角精度能够满足飞机告警的需求，但对于星载平台，由于作用距离远超机载平台，相同的测角误差导致的定位误差较大，因此，星载雷达告警系统需要采用一种较高测角精度的测角方法。雷达告警系统主要测向技术为宽带测向原理，目前常用的方法可分为两种体制，分别为比幅体制、比相体制。比幅体制的方法主要有基于数字多波束比幅和传统双通道比幅方法。其中，数字多波束比幅测向方法采用数字阵列天线，通道数较多，设备量大。比相体制的方法主要为干涉仪测向方法，其测角精度较高，但由于采用多基线提高解模糊能力，天线单元数较多，体积大，设备量较大。例如李东海等人发表的《基于多基线干涉仪和多波束比幅联合测向天线系统的设计与实现》，其阵元数多达十几个，设备量大，不适用于星载雷达告警。星载雷达告警系统作为有效载荷的一部分，由于平台的特殊性，分配给雷达告警系统的功率、尺寸、重量有限，所以需要采用设备量及功耗较小的测向方法。综上，适应星载平台的测向方法仍然为传统的双通道比幅测向方法，提高其测角精度是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种星载三阵元单脉冲两维测向方法，解决了传统雷达告警系统测向精度较低的问题，综合比幅测向和比相测向的优点，利用比相测向精度高的特点弥补比幅测向精度低的缺陷，通过长基线干涉测向提高系统测向精度。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种星载三阵元单脉冲两维测向方法，包括以下步骤：步骤1：根据接收信号的最短波长、比幅测角精度计算最长基线限制；根据工作频段要求的测角精度及接收信号的最长波长计算最短基线长度要求；比较最长、最短基线要求，如果两者相矛盾，即最长基线小于最短基线，则此工作波段宽度条件下，无法采用单基线比幅比相测角，需修改工作频段宽度，或采用双基线、多基线方案；步骤2：根据天线波束指向角和幅度方向图，计算信号不同方向入射天线间幅度差，得到幅度差表；根据天线间隔、波束指向和相位方向图，计算信号不同方向入射天线相位差，得到相位差表；步骤3：利用三阵元接收同一信号的幅度差与幅度差表进行相关处理，得到信号入射二维方向的粗测值；步骤4：利用比幅测向的粗测结果、比幅测向精度确定信号入射方向的搜索范围，利用三通道间三组相位差与相位差表进行相关处理及插值处理，得到最终的测角结果。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)算法原理简单，计算量小，易于工程实现。(2)通道数量少，系统设备量少。(3)测向精度高。附图说明图1为本专利技术的系统设计及信号处理流程图。图2为比幅测向原理图。图3为比相测向原理图。图4为比相测向相位模糊示意图。图5为本专利技术的比幅比相测向原理图。图6为星载雷达告警测向示意图。图7为柱体坐下系比幅比相二维测向示意图。图8为本专利技术的波束指向示意图。图9为本专利技术的三波束剖面示意图。图10为本专利技术的二维比幅比相相位模糊示意图。图11为本专利技术的所采用的天线方向图幅度增益图，其中(a)为2GHz天线方向图幅度增益图，(b)为4GHz天线方向图幅度增益图，(c)为6GHz天线方向图幅度增益图。图12为本专利技术的所采用的天线方向图相位图，其中(a)为2GHz天线方向图相位图，(b)为4GHz天线方向图相位图，(c)为6GHz天线方向图相位图。图13为本专利技术天线方向图幅度叠加图。图14为天线方向图相位叠加图。图15为本专利技术的天线方向图幅度差图。图16为本专利技术的天线方向图幅度差图两维剖面图，其中(a)为通道间幅度差与俯仰角对应关系图，(b)为通道间幅度差与方位角对应关系图。图17为本专利技术的天线方向图幅度差图两维剖面。图18为本专利技术的通道间相位差图两维剖面图，其中(a)为通道间相位差与俯仰角对应关系图，(b)为通道相位差与方位角对应关系图。图19为本专利技术的二维比幅比相测向误差图，其中(a)为方位维测角误差图，(b)为俯仰维测角误差图。图20为本专利技术的三频点比幅比相测角误差对比图，其中(a)为方位维测角误差图，(b)为俯仰维测角误差图。图21为本专利技术的比幅比相测角误差随通道间幅度误差变化曲线图，其中(a)为方位维测角误差图，(b)为俯仰维测角误差图。图22为本专利技术的比幅比相测角误差随通道间相位误差变化曲线图，其中(a)为方位维测角误差图，(b)为俯仰维测角误差图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1，本专利技术的一种星载三阵元单脉冲两维测向方法，包括以下步骤：步骤1：根据比幅测向的基本原理，由接收信号的最短波长、比幅测角精度要求，计算最长基线限制；根据接收信号的最长波长、干涉测向精度与基线长度的关系，计算最短基线长度要求。步骤1中，具体步骤如下：比幅测向利用两天线接收到的信号幅度值之比进行测角，原理图如图2所示，采用两个彼此部分重叠的天线波束，在不考虑天线波束副瓣的影响条件下，两天线张角为θa，信号从偏离两波束等信号轴φs角度入射，对于两个天线方向图，信号从不同的角度入射，两路接收通道信号幅度存在差异，信号入射角度偏离等信号轴越远，两通道幅度差异越大，因此，通过比较两路信号幅度可以判断目标偏离角度，实现对目标信号的测向。在一维测向的条件下，假设天线方向图函数为F(θ)，通道幅度响应为Ac(t)，入射信号幅度As(t)，信号入射角度φs，则两通道输出信号r1(t)、r2(t)分别为：其中：Ac1、Ac2分别为第一通道1、第二通道2的幅度响应，θa为两波束张角。则两通道接收信号的幅度比为：对于同一时刻，用分贝(dB)表示，两通道幅度比R12(t)为：假设两接收通道幅度响应相同，即Ac1(t)＝Ac2(t)，则：R12(t)＝F(θa/2-φs)-F(θa/2+φs)(dB)(4)其中，此处F(θa/2-φs)、F(θa/2+φs)为取对数后的分贝值。由于F(θ)在[-θa,θa]范围内具有单调性，所以两通道比值与信号入射角具有一一对应关系。假设天线方向图为高斯函数，即假设其半功率波束宽度为θb，根据半功率波束宽度定义，即可得：代入(4)，得到的两通道幅度比值为：可以看到，两通道幅度比值与信号入射角一一对应，只要知道两通道幅度比，便可获知信号来波方向。对于比幅测向，根据式(6)，可得：对式(7)中θa、θb、R12求全微分，得到：式中：Δφs为角度测角误差；Δθa为两波束张角误差；Δθb为天线波束3dB宽度误差；ΔR12为通道幅度比误差。可以看出：波束半功率波束宽度θb越小，即波束越窄，测角误差越小；两波束张角θa越大，测角误差越小；两通道比幅值越小，即信号入射方向越靠近等信号轴，测角误差越小；θa、θb、R12的变化对测角误差都有影响。以上比幅精度的推导未考虑天线波束副瓣的存在，天线主波束变窄的同时，天本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载三阵元单脉冲两维测向方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据接收信号的最短波长、比幅测角精度计算最长基线限制；根据工作频段要求的测角精度及接收信号的最长波长计算最短基线长度要求；比较最长、最短基线要求，如果两者相矛盾，即最长基线小于最短基线，则此工作波段宽度条件下，无法采用单基线比幅比相测角，需修改工作频段宽度，或采用双基线、多基线方案；步骤2：根据天线波束指向角和幅度方向图，计算信号不同方向入射天线间幅度差，得到幅度差表；根据天线间隔、波束指向和相位方向图，计算信号不同方向入射天线相位差，得到相位差表；步骤3：利用三阵元接收同一信号的幅度差与幅度差表进行相关处理，得到信号入射二维方向的粗测值；步骤4：利用比幅测向的粗测结果、比幅测向精度确定信号入射方向的搜索范围，利用三通道间三组相位差与相位差表进行相关处理及插值处理，得到最终的测角结果。

【技术特征摘要】
1.一种星载三阵元单脉冲两维测向方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据接收信号的最短波长、比幅测角精度计算最长基线限制；根据工作频段要求的测角精度及接收信号的最长波长计算最短基线长度要求；比较最长、最短基线要求，如果两者相矛盾，即最长基线小于最短基线，则此工作波段宽度条件下，无法采用单基线比幅比相测角，需修改工作频段宽度，或采用双基线、多基线方案；步骤2：根据天线波束指向角和幅度方向图，计算信号不同方向入射天线间幅度差，得到幅度差表；根据天线间隔、波束指向和相位方向图，计算信号不同方向入射天线相位差，得到相位差表；步骤3：利用三阵元接收同一信号的幅度差与幅度差表进行相关处理，得到信号入射二维方向的粗测值；步骤4：利用比幅测向的粗测结果、比幅测向精度确定信号入射方向的搜索范围，利用三通道间三组相位差与相位差表进行相关处理及插值处理，得到最终的测角结果。2.根据权利要求1所述的星载三阵元单脉冲两维测向方法，其特征在于：步骤1中，具体步骤如下：对于比幅测向其中，φs为信号的入射角度；θa为两波束张角；两通道幅度比R12；θb为半功率波束宽度；对式(7)中θa、θb、R12求全微分，得到：其中，Δφs为角度测角误差；Δθa为两波束张角误差；Δθb为天线波束3dB宽度误差；ΔR12为通道幅度比误差；对于固定天线阵，同一频率信号，其波束宽度及波束指向皆固定，则测角误差表示为其中k＝θb/θa，为常数；θa、θb、R12三个误差因素中，Δθa、Δθb属于静态误差，ΔR12为动态误差；对于比...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦北余，李娟慧，王建，王利伟，顾辉，曹鑫，刘旭波，
申请(专利权)人：中国航天科工集团八五一一研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32