一种基于距离和跟踪再生载波相位的二维角度解算方法技术

本发明专利技术涉及一种基于距离和跟踪再生载波相位的二维角度解算方法，包括如下步骤(1)将天线阵阵元的三维空间坐标、天线阵阵元的接收信号跟踪再生载波相位以及天线阵到目标的距离作为已知参数，将目标的方位角与俯仰角作为自变量，构造一个测角目标函数；(2)将二维测角问题转换为测角目标函数的最大值搜索问题，通过搜索最大值得到方位角与俯仰角度值；本发明专利技术通过搜索最优值即可得到方位角与俯仰角度值，实现了近距离目标的方位角与俯仰角的高精度测量，且有效抑制空间角度估计的模糊性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于无线电测量

技术介绍
在公开刊物及公开渠道上了解到的方位、俯仰二维角度无线电测量中使用的方位角、俯仰角解算方法有2种(I)干涉法 干涉法的基本原理如图I所示平面波以一定入射角到达2个天线阵元时，平面波必然先到达其中的一个阵元，后到达另一个阵元，到达时间不同导致两天线阵元的接收O TTOjr信号存在相位差，测量出相位差后，利用相位差与入射角之间的关系P = YA/ = AA(式中，d为二天线阵元间距，0为来波方向与天线法线方向间的夹角，供为二天线接收目标信号之间的相位差，X是入射波长)可以计算出入射角。此方法假定入射波是平面波，应用于远距离目标测角且信号质量较好是具有较高的精度，但是应用于近距离目标测角时算法本身会引入较大的系统误差。(2)空间谱估计法空间谱估计法是一系列方法的总称，它的基本思想是利用协方差矩阵的特征结构，将任意阵列输出数据的协方差矩阵进行特征分解，从而得到与信号分量相对应的信号子空间和与信号分量相正交的噪声子空间，最后利用信号方向向量与噪声子空间的正交性来构成空间扫描谱，通过谱峰搜索，实现信号的入射方向估计。此类方法假定入射波是平面波，在远距离目标测角时具有较高的精度和分辨率，应用于近距离目标测角时算法本身会引入较大的系统误差。同时此类方法计算量非常大，不适于处理器和存储器资源严重受限应用场景，例如深空探测中的飞行器间相对角度测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供，该方法使用测角天线阵多个阵元接收信号的跟踪再生载波相位和天线阵面几何中心与目标飞行器间的距离测量值作为输入，将二维测角问题转换为一个测角目标函数的最大值搜索问题，通过搜索最优值即可得到方位角与俯仰角度值，实现了近距离目标的方位角与俯仰角的高精度测量，且有效抑制空间角度估计的模糊性。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的，包括如下步骤步骤(一)、确定测角目标函数m(a，￠)最大值搜索的方位角步长st a和俯仰角步长St0，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于距离和跟踪再生载波相位的二维角度解算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(一)、确定测角目标函数m(α，β)最大值搜索的方位角步长stα和俯仰角步长stβ，其中δα为方位角侧角精度，δβ为俯仰角测角精度；步骤(二)、计算复向量v，公式如下：v=ejp00ejpy1ejpy2ejpz1ejpz2其中：py1、py2、p00、pz1、pz2分别为被测目标向测角天线阵发射单频信号时，阵元y1、y2、00、z1、z2接收的信号跟踪再生载波相位；j表示复数虚部；步骤(三)、令方位角α＝aminα、俯仰角β＝aminβ，方位角α、俯仰角β的测角范围分别为[aminα，amaxα]、[aminβ，amaxβ]，通过如下公式计算目标P到阵元y1、y2、00、z1、z2的距离Ry1、Ry2、R00、Rz1、Rz2：xp=Rcos(β)cos(α)yp=Rcos(β)sin(α)zp=-Rsin(β)Ry1=(xp-xy1)2+(yp-yy1)2+(zp-zy1)2Ry2=(xp-xy2)2+(yp-yy2)2+(zp-zy2)2R00=(xp-x00)2+(yp-y00)2+(zp-z00)2Rz1=(xp-xz1)2+(yp-yz1)2+(zp-zz1)2Rz2=(xp-xz2)2+(yp-yz2)2+(zp-zz2)2.其中：R为目标P到天线阵的距离；(xy1，yy1，zy1)、(xy2，yy2，zy2)、(x00，y00，z00)、(xz1，yz1，zz1)、(xz2，yz2，zz2)分别为阵元y1、y2、00、z1、z2的坐标；步骤(四)、计算载波相位差复向量函数s(α，β)，公式如下：s(α,β)=e-jkR00e-jkRy1e-jkRy2e-jkRz1e-jkRz2其中：k为单频信号的波数，等于λ为目标点发射到天线阵元的信号载波波长入射波；j表示复数虚部；步骤(五)、计算测角目标函数m(α，β)，将计算出的m(α，β)记为m0×0，公式如下：m(α,β)=15-|s(α,β)H·v|其中：H表示复向量的共轭转置操作；·表示复向量内积：步骤(六)、令方位角α＝aminα+stα×n、俯仰角β＝aminβ+stβ×m，设立如下三个条件：(1)n、m是正整数；(2)aminα+stα×n≤amaxα；(3)aminβ+stβ×m≤amaxβ；重复步骤(三)～步骤(五)，计算所有满足条件(1)、(2)、(3)的方位角α＝aminα+stα×n、俯仰角β＝aminβ+stβ×m组合上的测角目标函数值m(α，β)，并将方位角α＝aminα+stα×n、俯仰角β＝aminβ+stβ×m组合上的测角目标函数值m(α，β)记为mn×m；其中：stα为方位角的步长，stβ为俯仰角的步长；步骤(七)、搜索步骤(五)计算出的m0×0和步骤(六)计算出的mn×m 中的最大值，具体方法如下：(1)设i、j、a、b、result为变量，且i、j、a、b、result的初始值置为0；(2)如果mi×j大于等于result，将mi×j的值赋给result，将i的值赋给a，将j的值赋给b；否则，result、a、b取值不变；(3)如果aminα+stα×(i+1)≤amaxα；i取值加1，执行第(2)步；否则，如果aminβ+stβ×(j+1)≤amaxβ：i置为0，j取值加1，执行第(2)步；否则，执行第(4)步；(4)输出a，b取值；步骤(八)、计算目标方位角α和俯仰角β，目标方位角α＝aminα+stα×a，俯仰角β＝aminβ+stβ×b。FSA00000735721600011.tif,FSA00000735721600012.tif,FSA00000735721600022.tif...

【技术特征摘要】
1. 一种基于距离和跟踪再生载波相位的二维角度解算方法，其特征在于包括如下步骤 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：严琪，杨瑞强，张蓬，蔡春贵，张攀，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：