CN107656238B

CN107656238B - 一种基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法

Info

Publication number: CN107656238B
Application number: CN201710819351.9A
Authority: CN
Inventors: 张玲; 纪永刚; 刘旭; 游威; 牛炯
Original assignee: Ocean University of China; First Institute of Oceanography SOA
Current assignee: Ocean University of China; First Institute of Oceanography SOA
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: CN107656238A

Abstract

本发明公开了一种基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法，该方法包括以下步骤：根据雷达参数和波束波长等计算出波束合成的输出，并画出方向图；用前一波束的输出比后一波束的输出，可得所有方向的归一化幅度比值表1；向左(向右)移动半个波束步长后，同样可得新的比值表2；最后根据是否落入异常区来判定查找相应的表格。本发明的一种基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法，采用查表法进行测向，仅需与已经做好的归一化幅度表进行比对，即可获知测向角度，方法简单，计算量成数量级的形式减少，且在精度能够保持的情况下，可以大幅度节约时间成本。

Description

一种基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别是涉及一种基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法。

背景技术

高频地波雷达有着全天候工作、超视距探测等优点，在监测专属经济区、保护海洋环境等方面有这广泛应用。但该种雷达波长较长，对目标方位不敏感，导致目标测向精度较低。

现有方法包括数字波束合成法(DBF)、比幅测向方法等。DBF法中，来波方向上的导向矢量为

其中α为目标方位角，λ为波长，d为阵元间距，N为阵元个数。经过数字波束合成(DBF)处理后得到输出y＝w₁ ^TBw。其中w₁为复加权矢量，T表示转置，B为切比雪夫加权矩阵，可以增强方向图主瓣并抑制旁瓣。w₁＝w₁(θ)，θ可以以一定扫描精度遍历雷达测向的角度范围，当得到的输出y最大时，θ即为测得的目标方位角α。

DBF法测向的原理虽然简单，但该方法运算量较大，每个来波都得进行一次全部可能角度的计算，即一次目标测向可能得进行上千次运算才能得到目标方位角，且测向精度非常依赖扫描精度：扫描精度不够，测向就会发生很大偏差；精度提高了，运算次数也成倍上升；

比幅测向法中原本不同波束中心指向的方向图形状并不完全一样，用高斯函数近似的方向图始终与真实方向图存在一定偏差，这意味着传统比幅测向方法的假设与实际情况并不完全一致，这导致了传统比幅测向方法得出的测向结果始终存在误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法。

一种基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法，其具体制作步骤为：

1.生成表格1和表格2，而表格2主要是针对来波方向落入异常区(解释在本段末)中设计生成的。主要步骤如下：

1.1设定雷达扫描起始角度θ₀、雷达扫描末端角度θ_n-1和波束步长step的值，波束步长step的大小设定，会影响到波束个数n的大小，即n＝(θ_n-1-θ₀)/step，也会对实际的测向精度产生影响。

1.2确定波束位置和个数n后，与原始通道数据进行波束合成，并根据y＝w₁(θ_i)*B*w(α),i＝0,1,2…n-1，计算得到波束合成的输出，并得到了雷达方向分布图，如下；

1.3根据雷达方向图分布比较输出结果，得到每一个来波方向的输出最大值y_max1和次大值y_max2(此时对应二者已定波束为相邻波束)，用前一波束的输出比上后一波束的输出，即可得到当前假定来波的比值ratio＝y_max1/y_max2or ratio＝y_max2/y_max1；

1.4以扫描精度不断改变来波角度α，重复上述操作即可得到完整的比值表，该比值表即为表1；

1.5从初始扫描位置向左(或向右)移动半个波束步长，即雷达扫描起始角度变为θ₀'＝θ₀+step/2，波束步长step和波束个数n不变，重复以上操作中的1.2—1.4，这样得到新的比值表，即表2；

2.得到比值表1的异常区R：

2.1每四个相邻波束间均会存在这一小异常区R_i,i＝1,2,…n-2，以i-1,i,i+1,i+2这四个波束为例，得到第i-1个和第i+1个波束的交点对应的角度值β，查找表1得到角度值β对应的第i-1和第i个波束对应的比值ratio_i；得到第i个和第i+2个波束的交点对应的角度值β'，查找表1得到角度值β'对应的第i和第i+1个波束对应的比值ratio_i+1，这样ratio<ratio_i∪ratio>ratio_i+1则组成了这一个小异常区R_i；

2.2而所有波束间的小异常区将会组成一个大异常区，使之所有的来波都不会落入这些小的异常区R_i,i＝1,2,…n-2内，于是比值表1的异常区R＝R₁∪R₂∪R₃∪…∪R_n-2；

3.对于未知来波α，对表1的所有波束进行波束合成，找出所有输出的最大值和次大值，得到二者比值ratio₁'，这一比值亦是前一波束输出除以后一波束输出的结果，判断ratio₁'是否落入阈值区R内，若没有则直接查找表1即可得出未知来波方向的角度值α；若落入阈值区R内，则重新对表2的所有波束进行波束合成，找出所有输出的最大值和次大值ratio₂'，查找表2即可得出未知来波方向的角度值α。

有益效果在于：本发明在真实方向图上，得到已知的不同相邻波束与来波之间的幅度比值，排序后得到最大值和次大值，并记录成表，测得所有角度的来波方向上的幅度比值，便可依据最为接近的幅度比值查到未知来波的方向角度，基于比幅法的思想给出算法的框架，而采用已知波束的实际方向图，避免因高斯函数作为近似方向图带来的误差；其归一化幅度比值表一经生成，在阵列间距不变的情况下，是不用调整的，无需大量计算，即不同方向来波可以即时与比值表进行比对即可准确获知目标方位；

增加了方法上的多样性，在大多数数据点采用查表法测向的情况下，对于不能采用查表法则采用较为耗时的DBF法；

本发明采用查表法进行测向，仅需与已经做好的归一化幅度表进行比对，即可获知测向角度，方法简单，计算量成数量级的形式减少，且在精度能够保持的情况下，可以大幅度节约时间成本。

附图说明

图1为本发明工作流程示意图；

图2为本发明雷达真实方向分布示意图；

图3为本发明异常区示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法，其具体步骤为：

实施例一

1.生成表格1和表格2，而表格2主要是针对来波方向落入异常区(解释在本段末)中设计生成的，主要步骤如下：

1.1设定雷达扫描起始角度θ₀、雷达扫描末端角度θ_n-1和波束步长step的值，波束步长step的大小设定，会影响到波束个数n的大小，即n＝(θ_n-1-θ₀)/step，也会对实际的测向精度产生影响；

1.2确定波束位置和个数n后，与原始通道数据进行波束合成，并根据y＝w₁(θ_i)*B*w(α),i＝0,1,2…n-1，计算得到波束合成的输出，并得到了雷达方向分布图；

1.5从初始扫描位置向左(或向右)移动半个波束步长，即雷达扫描起始角度变为θ₀'＝θ₀+step/2，波束步长step和波束个数n不变，重复以上操作中的1.2—1.4。这样得到新的比值表，即表2；

2.得到比值表1的异常区R：

本发明基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法具有以下优点：

1、本发明给出了查表法的思想，对所有来波角度进行扫描，得到每个角度与此相邻波束间的归一化幅度比值，将其记录成表格形式；对新的来波进行测向时仅需查询归一化幅度比值表，即可获知来波方向；

2、避免因高斯函数作为近似方向图带来的误差；其归一化幅度比值表一经生成，在阵列间距不变的情况下，是不用调整的，无需大量计算，即不同方向来波可以即时与比值表进行比对即可准确获知目标方位；

3、参考冗余的思想，设计出两套归一化幅度比值表可供选择，能有效避免因落入异常区的来波方向测得的结果发生异常这一情况。

4、采用查表法进行测向，仅需与已经做好的归一化幅度表进行比对，即可获知测向角度，方法简单，计算量成数量级的形式减少，且在精度能够保持的情况下，可以大幅度节约时间成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims

1.一种基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法，其特征在于：所述基于双查找表方法的高频地波雷达测向新方法步骤为：

1.生成表格1和表格2，而表格2主要是针对来波方向落入异常区中设计生成的，主要步骤如下：

1.3根据雷达方向图分布比较输出结果，得到每一个来波方向的输出最大值y_max1和次大值y_max2，此时对应二者已定波束为相邻波束，用前一波束的输出比上后一波束的输出，即可得到当前假定来波的比值ratio＝y_max1/y_max2 or ratio＝y_max2/y_max1；

1.4以扫描精度不断改变来波角度α，重复上述操作即可得到完整的比值表，该比值表即为表格1；

1.5从初始扫描位置向左，或向右，移动半个波束步长，即雷达扫描起始角度变为θ₀'＝θ₀+step/2，波束步长step和波束个数n不变，重复以上操作中的1.2—1.4；这样得到新的比值表，即表格2；

对于异常区的解释，波束2和波束3的指向分别为-35度和-15度，在-35度和-15之间，绝大部分区域的最大值和次大值都是波束2和波束3，但是在波束2的指向线和阈值线1之间，最大值为波束2，次大值为波束1，即次大值为波束2和波束3之外的波束，波束2和阈值线1之间的区域就是异常区，因为这块区域在生成表格时用波束2和波束3作比值存入表格，而查找表时最大值次大值不是波束2和波束3，因此会引起测向错误，同理图中波束3和阈值线2之间也是异常区，如果将波束平移一半步长，波束异常区就会变成正常区域，因为使用两套波束，生成两个表格，如果比幅值正常，则用表格1，如果比幅值落入异常区，则用表格2；

2.得到比值表格1的异常区R：

2.1每四个相邻波束间均会存在这一小异常区R_i,i＝1,2,…n-2，以i-1,i,i+1,i+2这四个波束为例，得到第i-1个和第i+1个波束的交点对应的角度值β，查找表格1得到角度值β对应的第i-1和第i个波束对应的比值ratio_i；得到第i个和第i+2个波束的交点对应的角度值β'，查找表格1得到角度值β'对应的第i和第i+1个波束对应的比值ratio_i+1，这样ratio<ratio_i∪ratio>ratio_i+1则组成了这一个小异常区R_i；

2.2而所有波束间的小异常区将会组成一个大异常区，使之所有的来波都不会落入这些小的异常区R_i,i＝1,2,…n-2内，于是比值表格1的异常区R＝R₁∪R₂∪R₃∪…∪R_n-2；

3.对于未知来波α，对表格1的所有波束进行波束合成，找出所有输出的最大值和次大值，得到二者比值ratio₁'，这一比值亦是前一波束输出除以后一波束输出的结果，判断ratio₁'是否落入阈值区R内，若没有则直接查找表格1即可得出未知来波方向的角度值α；若落入阈值区R内，则重新对表格2的所有波束进行波束合成，找出所有输出的最大值和次大值ratio₂'，查找表格2即可得出未知来波方向的角度值α。