一种基于共形阵天线的广义自适应单脉冲测角方法技术

本发明专利技术公开了一种基于共形阵天线的广义自适应单脉冲测角方法，包括：获取共形阵天线接收的目标信号的导向矢量方向余弦表达式以及子阵级自适应单脉冲比；获取共形阵天线发射信号导向矢量的偏导函数表达式；求解共形阵天线单脉冲比的斜率修正矩阵和偏差修正量，并构建共形阵天线广义单脉冲测角公式；利用共形阵天线广义单脉冲测角公式求得目标信号的方向余弦，进而求得目标信号的俯仰角和方位角。本发明专利技术的测角方法不依赖于根据自适应和差波束方向图得到的单脉冲比曲线的斜率，测角误差最小；不会额外损失系统自由度，随着旁瓣干扰个数的增加，能保持较好的测角性能。能保持较好的测角性能。能保持较好的测角性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于共形阵天线的广义自适应单脉冲测角方法


[0001]本专利技术属于雷达信号处理
，具体涉及一种基于共形阵天线的广义自适应单脉冲测角方法。

技术介绍

[0002]随着相控阵雷达技术的进步，共形阵天线成为现代雷达发展的一个重要方向。将共形阵天线安装于雷达导引头，不仅具有良好的空气动力学性能，而且能有效减小雷达散射截面积，从而使雷达具有低可探测性。研究共形阵天线自适应单脉冲测角技术，能够实现雷达对目标的角度跟踪。
[0003]在实际情况下，共形阵天线阵元数目庞大，阵元级自适应处理需要的通道数目较多，系统结构复杂，因此为了降低成本，简化系统结构，减少算法的计算量，降低系统的复杂度，满足系统实时性的要求，需要对共形阵天线进行子阵划分处理。目前关于线阵或面阵的测角问题已有大量的研究，已有的自适应单脉冲测角方法大致可以分为三大类：第一类是和、差波束同时置零技术，该技术要求已知干扰方向，自适应能力较差；第二类是基于自适应方向图保形技术，即采用线性约束等方法来进行自适应方向图保形，使单脉冲鉴角特性尽可能不失真；第三类是基于最大似然方法的单脉冲测角技术，由Davies等人基于等距线阵模型提出，但该方法要求差波束为和波束的导数,在大多数应用中得不到满足。Nickel在此基础上提出了一种任意和、差波束情况下的自适应单脉冲测角算法，具有更广泛的适用性。
[0004]针对共形阵天线测角算法的研究，公开发表的文献较少。当共形阵天线采用传统自适应单脉冲测角时，虽然能在抑制干扰信号的同时实现对目标的角度测量，但是其测角性能依赖于和差波束方向图，在干扰数较多或干扰位于主波束附近时，自适应波束形成的零陷会造成和差波束主波束畸变，导致传统自适应单脉冲测角误差变大；赵英俊等人在2013年提出共形阵天线约束自适应单脉冲测角方法，该方法通过对主波束施加约束条件实现主波束保形，有利于保证和差单脉冲测角性能，但施加的额外约束条件会消耗系统的空域自由度。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于共形阵天线的广义自适应单脉冲测角方法，该方法既不依赖于根据自适应和差波束方向图得到的单脉冲比曲线的斜率，也不损失空域自由度，在求解共形阵天线导向矢量时，将共形阵天线遮挡效应以及各阵元天线方向图差异考虑在内，这里的共形阵天线既可以是均匀共形阵天线，也可以是进行布阵优化后得到的稀疏共形阵天线或者稀布共形阵天线。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供了一种基于共形阵天线的广义自适应单脉冲测角方法，包括：
[0007]S1：获取共形阵天线接收的目标信号的导向矢量方向余弦表达式以及子阵级自适
应单脉冲比；
[0008]S2：获取共形阵天线发射信号导向矢量的偏导函数表达式；
[0009]S3：求解共形阵天线单脉冲比的斜率修正矩阵和偏差修正量，并构建共形阵天线广义单脉冲测角公式；
[0010]S4：利用共形阵天线广义单脉冲测角公式求得目标信号的方向余弦，进而求得目标信号的俯仰角和方位角。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述S1包括：
[0012]S1.1：获得共形阵天线接收到的目标信号的导向矢量方向余弦表达式；
[0013]S1.2：将所述共形阵天线进行降维处理，获取共形阵天线的子阵级自适应和波束输出功率、子阵级自适应俯仰差波束输出功率和子阵级自适应方位差波束输出功率；
[0014]S1.3：利用各输出功率获得共形阵天线的子阵级俯仰维自适应单脉冲比和子阵级方位维自适应单脉冲比。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述S1.1包括：
[0016]获得共形阵天线接收到的目标信号的导向矢量方向余弦表达式：
[0017][0018]其中，r
i
＝[x
i y
i z
i
]表示第i个天线阵元的坐标，i＝1,2,
…
N，N表示天线阵元的总数，f
1 f
2 ... f
N
表示各个天线阵元对应的方向图，表示目标信号的方向余弦，θ表示目标信号的俯仰角，表示目标信号的方位角，λ表示目标信号波长；
[0019]将记为v＝[u u
′ꢀ
v]，得到目标信号导向矢量的方向余弦表达式的展开式a(u,u
′
,v)：
[0020][0021]在本专利技术的一个实施例中，所述S1.2包括：
[0022]将所述共形阵天线划分成多个子阵列，并且分别获得子阵级自适应和波束权矢量w
sub_∑
、子阵级自适应俯仰差波束权矢量和子阵级自适应方位差波束权矢量
[0023]利用w
sub_∑
，和分别获得子阵级自适应和波束输出功率、子阵级自适应俯仰差波束输出功率和子阵级自适应方位差波束输出功率：
[0024]P
sub_∑
＝w
sub_∑
x
[0025][0026][0027]其中，x表示共形阵天线接收到的来波信号。
[0028]在本专利技术的一个实施例中，所述S1.3包括：
[0029]利用子阵级自适应和波束输出功率P
sub_∑
和子阵级自适应俯仰差波束输出功率获得共形阵天线的子阵级俯仰维自适应单脉冲比：
[0030][0031]利用子阵级自适应和波束输出功率P
sub_Σ
和子阵级自适应方位差波束输出功率获得共形阵天线的子阵级方位维自适应单脉冲比：
[0032][0033]在本专利技术的一个实施例中，所述S2包括：
[0034]根据求导法则获得共形阵天线导向矢量的偏导函数表达式：
[0035][0036][0037]其中，a
u,t
表示共形阵天线导向矢量a(v)关于u的偏导函数在v
t
处的表达式，a
v,t
表示共形阵天线导向矢量a(v)关于v的偏导函数在v
t
处的表达式，θ
t
,分别表示共形阵天线发射信号的俯仰角和方位角。
[0038]在本专利技术的一个实施例中，所述共形阵天线广义单脉冲测角公式为：
[0039][0040]其中，u
t
和v
t
表示雷达共形阵天线发射信号的波束方向，v
t
＝sinθ
t
，real{
·
}表示取实部运算，表示单脉冲比的斜率修正矩阵，表示偏差修正量。
[0041]在本专利技术的一个实施例中，求解共形阵天线单脉冲比的斜率修正矩阵和偏差修正量，包括：
[0042]根据子阵级自适应和波束权矢量w
sub_∑
、子阵级自适应俯仰差波束权矢量和子阵级自适应方位差波束权矢量获得斜率修正矩阵和偏差修正量：
[0043][0044][0045]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于共形阵天线的广义自适应单脉冲测角方法，其特征在于，包括：S1：获取共形阵天线接收的目标信号的导向矢量方向余弦表达式以及子阵级自适应单脉冲比；S2：获取共形阵天线发射信号导向矢量的偏导函数表达式；S3：求解共形阵天线单脉冲比的斜率修正矩阵和偏差修正量，并构建共形阵天线广义单脉冲测角公式；S4：利用共形阵天线广义单脉冲测角公式求得目标信号的方向余弦，进而求得目标信号的俯仰角和方位角。2.根据权利要求1所述的基于共形阵天线的广义自适应单脉冲测角方法，其特征在于，所述S1包括：S1.1：获得共形阵天线接收到的目标信号的导向矢量方向余弦表达式；S1.2：将所述共形阵天线进行降维处理，获取共形阵天线的子阵级自适应和波束输出功率、子阵级自适应俯仰差波束输出功率和子阵级自适应方位差波束输出功率；S1.3：利用各输出功率获得共形阵天线的子阵级俯仰维自适应单脉冲比和子阵级方位维自适应单脉冲比。3.根据权利要求2所述的基于共形阵天线的广义自适应单脉冲测角方法，其特征在于，所述S1.1包括：获得共形阵天线接收到的目标信号的导向矢量方向余弦表达式：其中，r
i
＝[x
i y
i z
i
]表示第i个天线阵元的坐标，i＝1,2,
…
N，N表示天线阵元的总数，f
1 f2...f
N
表示各个天线阵元对应的方向图，表示目标信号的方向余弦，θ表示目标信号的俯仰角，表示目标信号的方位角，λ表示目标信号波长；将记为v＝[u u
′ꢀ
v]，得到目标信号导向矢量的方向余弦表达式的展开式a(u,u
′
,v)：4.根据权利要求2所述的基于共形阵天线的广义自适应单脉冲测角方法，其特征在于，所述S1.2包括：将所述共形阵天线划分成多个子阵列，并且分别获得子阵级自适应和波束权矢量w
sub_Σ
、子阵级自适应俯仰差波束权矢量和子阵级自适应方位差波束权矢量利用w
sub_Σ
，和分别获得子阵级自适应和波束输出功率、子阵级自适应俯仰差波...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢荣，李宏娇，刘峥，冉磊，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：