球顶阵列两维经纬度位置误差的低副瓣波束形成方法技术

本发明专利技术公开了一种球顶阵列两维经纬度位置误差的低副瓣波束形成方法，其实现步骤是：获取三维笛卡尔坐标系中球顶阵列阵元位置信息和角度信息；计算每个阵元的两维经纬度坐标系的指向向量；计算每个阵元的两维经纬度位置误差向量；构建低副瓣波束权矢量；形成低副瓣波束。本发明专利技术能够在球顶阵列存在两维经纬度位置误差的情况下，为球顶阵列构建低副瓣波束权矢量，进而为球顶阵列进行低副瓣波束形成，具有球顶阵列位置误差与实际位置误差拟合度高，低旁瓣波束形成旁瓣低的优点，解决了不考虑阵元位置误差进行低副瓣波束形成导致波束形成效果差和不考虑阵列结构特点模拟阵元位置误差导致拟合度低的问题。差导致拟合度低的问题。差导致拟合度低的问题。

【技术实现步骤摘要】
球顶阵列两维经纬度位置误差的低副瓣波束形成方法


[0001]本专利技术属于雷达
，更进一步涉及雷达信号处理
中的一种球顶阵列两维经纬度位置误差的低副瓣波束形成方法。本专利技术对球顶阵列进行两维经纬度位置误差模拟，在位置误差存在时设计一种低副瓣波束形成权矢量，以此生成球顶阵列的低副瓣波束。

技术介绍

[0002]在阵列天线中每个阵元天线上设有一个移相器，通过灵活的控制各天线阵元的幅度和相位，从而达到使阵列天线的波束指向和波束形状达到快速改变的目的。阵列天线的组成结构主要包括阵元排列的几何形状和各个阵元的方向性，其中天线阵元的空间特性取决于阵元的几何分布排列结构。然而，实际设计天线过程中会产生天线阵元位置误差，导致天线的波束指向和波束形状发生改变，使阵列雷达性能受到影响。准确模拟阵元位置误差，并在位置误差存在的情况下进行低副瓣波束形成是设计球顶阵列雷达时需要考虑的问题。
[0003]霍立寰等人在其发表的论文“基于形变模型的空间阵列位置误差估计方法”(系统工程与电子技术,2018,第40卷(3):504
‑
508)中针对空间阵列位置误差问题，提出一种基于形变模型的误差估计方法。该方法首先根据初始位置采用多重信号分类算法估计角度，然后通过对代价函数进行泰勒一阶近似，最小化代价函数得到阵元位置初步估计；再利用形变模型，对初步估计的位置采用总体最小二乘法获得形变模型参数，并根据形变模型对阵元位置进行优化，更新阵元位置继续迭代直到代价函数收敛。该方法存在的不足之处是，没有对几何形状的阵列结构，没有考虑阵列几何结构特点，导致对阵列位置误差的模拟不够准确。
[0004]电子科技大学在其申请的专利文献“一种多约束下的均匀线性阵列低旁瓣波束形成优化方法”(申请号：202010459360.3申请日：2020
‑
05
‑
27申请公布号：CN 111551923 A)中公开了一种多约束下的均匀线性阵列低旁瓣波束形成优化方法。该方法对均匀线阵进行低旁瓣波束形成优化，其实现步骤为：第一步：建立均匀线阵接收信号模型；第二步，以阵列增益作为目标函数；第三步，以主瓣电平、旁瓣电平和权值幅度为约束，建立优化问题；第四步，采用交替方向惩罚算法最大化阵列增益，求解优化问题得到的最优阵列天线加权系数。该方法存在的不足之处是，忽略了阵列位置误差对低副瓣波束形成的影响，导致低副瓣波束形成效果与实际低副瓣波束形成效果存在很大偏差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种球顶阵列两维经纬度位置误差的低副瓣波束形成方法，用于解决模拟阵元位置误差时忽略阵列几何结构特点导致对阵列位置误差的模拟不够准确的问题，以及低副瓣波束形成时忽略阵元位置误差导致低副瓣波束与实际低副瓣波束存在很大偏差的问题。
[0006]实现本专利技术目的的思路是：对球顶阵列引入两维经纬度位置误差用来模拟实际情
况中球顶阵列的阵元位置误差，由于两维经纬度位置误差模型使球顶阵列阵元位置误差分布在球面上，具有经纬度两个维度，与实际位置误差拟合度高，解决了现有技术中不考虑阵列结构几何特点导致对阵列位置误差的模拟不够准确的问题。对球顶阵列引入两维经纬度位置误差后，构建低副瓣波束形成权矢量，由于构建低副瓣波束形成权矢量时考虑了阵列位置误差，低副瓣波束形成后依然具有很低的副瓣，解决低副瓣波束形成时忽略阵元位置误差导致低副瓣波束与实际低副瓣波束存在很大偏差的问题。
[0007]实现本专利技术目的的技术方案包括如下步骤：
[0008]步骤1，获取三维笛卡尔坐标系中球顶阵列阵元位置信息和角度信息；
[0009]步骤2，计算每个阵元的两维经纬度坐标系的指向向量；
[0010]步骤2.1，构建每个阵元的两维经纬度坐标系；
[0011]步骤2.2，按照下式，将三维笛卡尔坐标系中每个阵元的位置信息和角度信息转化为每个阵元的两维经纬度坐标系下的指向向量：
[0012][0013][0014]其中，表示第n个阵元的两维经纬度坐标系从东到西的纬度指向向量，表示第n个阵元的两维经纬度坐标系从北向南的经度指向向量，n表示阵元的序号，sin表示取正弦操作，cos表示取余弦操作，x
Pn
、y
Pn
、z
Pn
分别表示第n个阵元在三维笛卡尔坐标系下沿x轴、y轴、z轴的位置信息，θ
n
分别表示第n个阵元在三维笛卡尔坐标系下的角度信息；
[0015]步骤2.3，对每个阵元的两维经纬度坐标系的指向向量和分别做向量归一化处理；
[0016]步骤3，按照下式，计算每个阵元的两维经纬度位置误差向量：
[0017][0018]其中，C
n
表示第n个阵元的两维经纬度位置误差向量，a表示维度切线方向误差值，b表示经度切线方向误差值。
[0019]步骤4，按照下式，构建低副瓣波束权矢量：
[0020][0021]其中，b表示球顶阵列的低副瓣权波束矢量，a表示球顶阵列的导向矢量，exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数操作，θ
Δ
表示波束指向和阵元法线方向之间的夹角。
[0022]步骤5，形成低副瓣波束。
[0023]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0024]第一，本专利技术在球顶阵列中引入两维经纬度位置误差，得到球顶阵列阵元位置误差分布在球面上的经纬两个维度，克服了现有技术模拟阵元位置误差时不考虑阵列几何结构特点使模拟位置误差不准确的不足，使得本专利技术提高了模拟球顶阵列位置误差与实际位置误差拟合度。
[0025]第二，本专利技术在球顶阵列存在位置误差情况下，设计一种低副瓣波束形成权矢量，
克服了现有技术中不考虑阵列位置误差设计低副瓣权矢量导致的波束形成效果与实际情况存在很大偏差的缺陷，使得本专利技术在考虑阵列位置误差时低副瓣波束依然具有很低的副瓣，雷达抗旁瓣干扰效果好。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的实现流程图；
[0027]图2是本专利技术的球顶阵列几何结构图；
[0028]图3是本专利技术的两维经纬度坐标系图；
[0029]图4是本专利技术仿真实验的结果图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例，对本专利技术的实施步骤做进一步的详细描述。
[0031]参照图1和实施例，对本专利技术的具体实现步骤做进一步的描述。
[0032]步骤1，获取三维笛卡尔坐标系中球顶阵列阵元位置信息和角度信息。
[0033]参照图2，为获取三维笛卡尔坐标系中球顶阵列阵元位置信息和角度信息做进一步的描述。
[0034]本专利技术的实施例是一个阵元个数为336的球顶阵列，球顶阵列半径为0.9m，对球顶阵列建立如图2所示的三维笛卡尔坐标系，以球心位置O作为三维笛卡尔坐标系的原点，z轴方向为从球心指向球顶，x轴和y轴构成的平面垂直于z轴，球顶阵列中每个阵元在三维笛卡尔坐标系中与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球顶阵列两维经纬度位置误差的低副瓣波束形成方法，其特征在于，对球顶阵列引入两维经纬度位置误差，为球顶阵列构建低副瓣波束权矢量；该方法的步骤包括如下：步骤1，获取三维笛卡尔坐标系中球顶阵列阵元位置信息和角度信息；步骤2，计算每个阵元的两维经纬度坐标系的指向向量；步骤2.1，构建每个阵元的两维经纬度坐标系；步骤2.2，按照下式，将三维笛卡尔坐标系中每个阵元的位置信息和角度信息转化为每个阵元的两维经纬度坐标系下的指向向量：个阵元的两维经纬度坐标系下的指向向量：其中，表示第n个阵元的两维经纬度坐标系从东到西的纬度指向向量，表示第n个阵元的两维经纬度坐标系从北向南的经度指向向量，n表示阵元的序号，sin表示取正弦操作，cos表示取余弦操作，x
Pn
、y
Pn
、z
Pn
分别表示第n个阵元在三维笛卡尔坐标系下沿x轴、y轴、z轴的位置信息，θ
n
分别表示第n个阵元在三维笛卡尔坐标系下的角度信息；步骤2.3，对每个阵元的两维经纬度坐标系的指向向量和分别做向量归一化处理；步骤3，按照下式，计算每个阵元的两维经纬度位置误差向量：其中，C
n
表示第n个阵元的两维经纬度位置误差向量，a表示维度切线方向误差值，b表示经度切线方向误差值；步骤4，按照下式，构建低副瓣波束权矢...

【专利技术属性】
技术研发人员：许京伟，兰岚，王开伟，王建，张教镭，朱圣棋，李西敏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：