分布式相控阵天线的子阵波束指向角度校正方法技术

分布式相控阵天线的子阵波束指向角度校正方法，其实现步骤为：1)装有电子罗盘的子阵安装于飞机机翼上；2)建立机身坐标系，地球坐标系和子阵坐标系；3）利用飞控系统提供的卫星角度参数，计算卫星在机身坐标系中坐标；4）利用机身姿态参数计算卫星在地球坐标系中的坐标；5）子阵上电子罗盘测得子阵的姿态参数；6）利用子阵上的姿态参数计算卫星在子阵坐标系中的坐标；7）将卫星在子阵坐标系上的坐标转换为卫星相对于该子阵的俯仰角和方位角。该校正方法适用于机载卫星通信中的分布式相控阵天线，工程实现简单。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，其实现步骤为：1)装有电子罗盘的子阵安装于飞机机翼上；2)建立机身坐标系，地球坐标系和子阵坐标系；3）利用飞控系统提供的卫星角度参数，计算卫星在机身坐标系中坐标；4）利用机身姿态参数计算卫星在地球坐标系中的坐标；5）子阵上电子罗盘测得子阵的姿态参数；6）利用子阵上的姿态参数计算卫星在子阵坐标系中的坐标；7）将卫星在子阵坐标系上的坐标转换为卫星相对于该子阵的俯仰角和方位角。该校正方法适用于机载卫星通信中的分布式相控阵天线，工程实现简单。【专利说明】
本专利技术涉及分布式相控阵天线领域，具体涉及机载卫星通信中。技术背景在机载卫星通信中，为了提高天线的增益，相控阵天线的阵元数量有时会相当庞大，甚至达到上千个阵元。如果所有阵元位于同一个平面阵面上，则相控阵天线由于尺寸过大而安装非常困难。采用分布式相控阵天线是解决上述问题的方法。分布式相控阵天线由多个子阵构成，每个子阵都是独立的相控阵天线，子阵的阵元数量和尺寸相对较小，易于安装在飞机机翼上。子阵通常采用均匀矩形平面阵列，其加权矢量决定于卫星信号相对于该阵面的入射角度，即俯仰角和方位角，该角度就是相控阵天线的波束指向角度。在矩形平面相控阵天线理论中，波束指向角度的定义是建立在阵面所在坐标系基础上的，这个坐标系通常是XY平面与阵面平面重合，阵面几何中心为原点，Z轴垂直阵面。对于机载航空电子系统，其只能提供卫星相对于机身坐标系的俯仰角和方位角，由于机翼在飞机飞行过程中，存在显著的随机变形，所以，航电系统提供的卫星角度，与卫星相对于每个子阵的角度相比，差别很大。为了获得每个子阵的波束指向角度，必须对航电系统提供的卫星角度进行校正。已有解决方法是在机翼上密集分布应力传感器，从而测量出机翼的变形，再分析子阵的指向角度。但由于机翼面积大，传感器数量多，工程实现非常困难，误差也大。
技术实现思路
解决上述机载卫星通信中分布式相控阵天线面临的技术问题的方法，是一种。该方法实现步骤为:第一步，机载卫星通 信中飞机机翼上方分布着N个相同的相控阵天线子阵，每个子阵为均匀矩形平面阵列，N为大于I的整数，而每个子阵上都安装有一个三维电子罗盘，三维电子罗盘可以测得该电子罗盘所在子阵阵面平面相对于地面的姿态参数，即航向角，俯仰角和横滚角。第二步，建立三个直角坐标系统:第一个直角坐标系为飞机机身坐标系VV V ,V V平面为飞机机身平面，X'为从机尾指向机头的方向，Y'为俯视时从右侧机翼指向左侧机翼的方向，Z'垂直机身平面指向天空，这个坐标系为飞机航空电子系统中控制系统采用的坐标系；第二个直角坐标系是以地球为参考的直角坐标系XYZ，该坐标系的原点与机身坐标系X Y' V原点重合，XY平面与水平面平行，X轴为纬度方向，指向北方，Y轴为经度方向，指向西方，Z轴为垂直水平面方向，指向天空；第三个直角坐标为子阵阵面坐标系X' Y' ' I''，该坐标系的X' ' Y''平面为子阵阵面平面，'轴和X'轴分别平行于矩形平面阵列的长和宽，原点在阵面几何中心，Z''轴垂直该平面指向天空。第三步，航空电子系统中的控制系统在机身坐标系X' Y' V中，测量得到飞机姿态的航向角α，俯仰角β和横滚角Y，以及卫星相对于飞机的俯仰角Θ和方位角Φ ;根据卫星角度Θ和φ，计算卫星在机身坐标系Χ’Υ’Ζ’中的坐标(X'，y'，z')，计算方法为【权利要求】1.，其实现步骤为: 第一步，机载卫星通信中飞机机翼上方分布着N个相同的相控阵天线子阵，每个子阵为均匀矩形平面阵列，N为大于I的整数，而每个子阵上都安装有一个三维电子罗盘，三维电子罗盘可以测得该电子罗盘所在子阵阵面平面相对于地面的姿态参数，即航向角，俯仰角和横滚角； 第二步，建立三个直角坐标系统:第一个直角坐标系为飞机机身坐标系X' V V，VV平面为飞机机身平面，X'为从机尾指向机头的方向，Y'为俯视时从右侧机翼指向左侧机翼的方向，Z'垂直机身平面指向天空，这个坐标系为飞机航空电子系统中控制系统采用的坐标系；第二个直角坐标系是以地球为参考的直角坐标系XYZ，该坐标系的原点与机身坐标系X' Y' Zi原点重合，XY平面与水平面平行，X轴为纬度方向，指向北方，Y轴为经度方向，指向西方，Z轴为垂直水平面方向，指向天空；第三个直角坐标为子阵阵面坐标系X' ' Y' ' I''，该坐标系的X' ' Y''平面为子阵阵面平面，X''轴和Y''轴分别平行于矩形平面阵列的长和宽，原点在阵面几何中心，Z''轴垂直该平面指向天空； 第三步，航空电子系统中的控制系统在机身坐标系x Y' V中，测量得到飞机姿态的航向角α，俯仰角β和横滚角Y，以及卫星相对于飞机的俯仰角Θ和方位角φ ;根据卫星角度Θ和φ，计算卫星在机身坐标系Χ’y’ζ’中的坐标(X'，y'，z')，计算方法为 【文档编号】G01C1/00GK103471563SQ201310449960【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日 【专利技术者】曾浩, 幸倩, 孙晴, 杨清昆, 刘玲 申请人:重庆大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式相控阵天线的子阵波束指向角度校正方法，其实现步骤为：第一步，机载卫星通信中飞机机翼上方分布着N个相同的相控阵天线子阵，每个子阵为均匀矩形平面阵列，N为大于1的整数，而每个子阵上都安装有一个三维电子罗盘，三维电子罗盘可以测得该电子罗盘所在子阵阵面平面相对于地面的姿态参数，即航向角，俯仰角和横滚角；第二步，建立三个直角坐标系统：第一个直角坐标系为飞机机身坐标系X′Y′Z′，X′Y′平面为飞机机身平面，X′为从机尾指向机头的方向，Y′为俯视时从右侧机翼指向左侧机翼的方向，Z′垂直机身平面指向天空，这个坐标系为飞机航空电子系统中控制系统采用的坐标系；第二个直角坐标系是以地球为参考的直角坐标系XYZ，该坐标系的原点与机身坐标系X′Y′Z′原点重合，XY平面与水平面平行，X轴为纬度方向，指向北方，Y轴为经度方向，指向西方，Z轴为垂直水平面方向，指向天空；第三个直角坐标为子阵阵面坐标系X′′Y′′Z′′，该坐标系的X′′Y′′平面为子阵阵面平面，X′′轴和Y′′轴分别平行于矩形平面阵列的长和宽，原点在阵面几何中心，Z′′轴垂直该平面指向天空；第三步，航空电子系统中的控制系统在机身坐标系X′Y′Z′中，测量得到飞机姿态的航向角α，俯仰角β和横滚角γ，以及卫星相对于飞机的俯仰角θ和方位角φ；根据卫星角度θ和 φ，计算卫星在机身坐标系X“Y“Z“中的坐标(x′,y′,z′)，计算方法为x′y′z′=rsinθcosφrsinθcosφrcosθ,这里的r为卫星到原点的距离；第四步，把卫星在机身坐标系X“Y“Z“中的坐标(x′,y′,z′)，转换为卫星在地球坐标系XYZ中的坐标(x,y,z)：首先，根据飞机三个姿态参数计算坐标变换矩阵R=RγRβRα，其中Rα=1000cosαsinα0-sinαcosα,Rβcosβ0-sinβ010sinβ0cosβ,Rγcosγsinγ0-sinγcosγ0001;然后，根据xyz=R-1x′y′z′得到卫星在地球坐标系中坐标(x,y,z)，R?1表示矩阵R的逆矩阵；第五步，对于任意一个子阵，安装在该子阵阵面位置的三维电子罗盘测量得到子阵阵面在阵面坐标系X′′Y′′Z′′中的姿态参数，对应的航向角为δ，俯仰角为η，横滚角为μ；第六步，把卫星在地球坐标系中坐标(x,y,z)转换到子阵阵面坐标系X′′Y′′Z′′中的坐标(x",y",z")：首先，根据阵面坐标系X"Y"Z"中的姿态参数求得坐标转换矩阵G,这里的G=GμGηGδ,其中Gδ=1000cosδsinδ0-sinδcosδ,Gη=cosη0-sinη010sinη0cosη,Gμ=cosμsinμ0-sinμcosμ0001;然后，根据x′′y′′z′′=Gxyz得到卫星在阵面坐标系中的坐标(x′′,y′′,z′′)；第七步，根据卫星在子阵阵面坐标系X′′Y′′Z′′中的坐标(x′′,y′′,z′′)，计算卫星相对于该子阵阵面的俯仰角ξ和方位角ζ，用于相控阵天线子阵的波束指向控制，即求解方程x′′y′′z′′=RsinξcosζRsinξsinζRcosξ,其中R表示卫星到子阵阵面几何中心的距离。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾浩，幸倩，孙晴，杨清昆，刘玲，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：