CN109946664A - 一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法。主要解决了主瓣干扰环境下，现有方法应用于雷达导引头非矩形阵面时无法进行精确测角的问题。实现过程是：对阵列天线的接收数据进行降维接收；通过设计不同的选择矩阵对差通道的接收数据进行处理，并进行非自适应波束形成生成不同的差波束；计算线性补偿系数，线性调整单脉冲查找表，并对差波束进行线性补偿；自适应波束形成抗主瓣干扰；对目标角度进行测量。本发明通过设计选择矩阵，并通过构建线性补偿关系式，对目标角度的测量精度高，估计性能优于现有方法，且实现简单，具有工程化应用价值。本发明可用于主瓣干扰环境下阵列导引头的单脉冲测角。

Description

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及导引头的单脉冲测角，具体是一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法，可用于弹载阵列雷达导引头在主瓣干扰环境下对目标的角度估计。

背景技术

随着电子对抗技术的飞速发展，导弹武器系统面临着日趋复杂的电子干扰环境，因而要求导引头具备更强的抗干扰能力。多通道相控阵雷达导引头采用多通道接收及阵列信号处理技术，不仅拓展了雷达导引头抗干扰的能力，而且使其目标探测能力显著提高，成为当前精确制导雷达导引头的热点研究方向。

当干扰来自天线主瓣区域时，由于主瓣具有增益高，宽度窄等特点，如何对主瓣干扰进行有效地抑制，同时保持良好的单脉冲特性，进行精确的角度测量，是阵列雷达导引头需要重点解决的问题。FARINA.A等人在“Maximum likelihood estimator approach todetermine the target angular coordinates in presence of main beaminterference:application to live data acquired with a microwave phased arrayradar,IEEE International Radar Conference.2005”中提出一种最大似然估计法，该方法通过采用四个高增益波束来确定目标角度，但该方法存在运算量较大的问题。WIDROW.B等人在“Adaptive antenna system,Proceedings of the IEEE.1967”中提出了一种基于双差波束法的自适应波束形成信号处理架构，可以在抑制主瓣干扰的同时，完成对目标的单脉冲角度估计，但是，上述方法只适用于矩形天线阵列，对于阵列雷达导引头常采用非矩形阵列模型，利用上述方法进行角度测量时会产生较大误差。针对非矩形阵，陈新竹等人在“非矩形相控阵的抗主瓣干扰与单脉冲测角技术，现代雷达，2016”中提出了一种基于线性补偿技术的双差波束法，该方法通过计算线性补偿系数，并对和波束及双差波束进行线性补偿，使得自适应输出比与静态单脉冲比相同，但同时会导致静态单脉冲比的曲线斜率下降，因此会损失一定的测角精度。

存在主瓣干扰时，传统的双差波束法应用于非矩形阵列模型，会导致自适应波束的输出比与静态单脉冲比不再相同，因此测角不再准确；而线性补偿技术通过线性补偿方法使自适应输出比与静态单脉冲比相同，但会导致静态单脉冲比的曲线斜率下降，从而损失一定的测角精度，因此，现有方法应用于阵列导引头的非矩形阵列模型时，不能满足在抑制干扰的同时，进行精确的角度测量。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，结合一种常见的雷达导引头非矩形阵列模型，提出一种实现简单，测角精度高的主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法。

本发明是一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)数据接收：根据雷达导引头的非矩形阵列模型及均匀子阵划分模式，接收到的数据分别为：和通道数据X_Σ，俯仰差通道数据方位差通道数据及双差通道数据

(2)根据非矩形阵列模型进行数据选择及非自适应波束形成：首先根据和通道接收数据生成和波束Σ，然后设计俯仰维数据选择矩阵A1和方位维数据选择矩阵A2，分别对俯仰差通道，方位差通道及双差通道的接收数据进行处理；在对目标进行俯仰维角度测量时，选取非矩形阵列模型中间两列的子阵数据进行非自适应波束形成，分别生成第一俯仰差波束第一方位差波束第一双差波束在对目标进行方位维角度测量时，选取非矩形阵列模型中间两行的子阵数据进行非自适应波束形成，分别生成第二俯仰差波束第二方位差波束第二双差波束

(3)构建线性补偿关系式：根据形成的和差波束，计算得出线性补偿系数，分别对俯仰维角度测量和方位维角度测量的单脉冲查找表进行线性调整，并对第一俯仰差波束及第二方位差波束进行线性补偿，使得在波束指向附近，满足以下关系式：

其中，为线性补偿后的俯仰差波束，为线性补偿后的方位差波束；

(4)自适应波束形成：自适应波束形成抗主瓣干扰，包括有如下步骤：

(4a)生成抑制方位向主瓣干扰的波束：根据生成的和波束Σ，第一双差波束第一方位差波束以及经过线性补偿后的第一俯仰差波束由俯仰向和差通道输出公式计算得到抑制方位向主瓣干扰的波束；

(4b)抑制俯仰向的主瓣干扰：根据生成的和波束Σ，第二双差波束第二俯仰差波束以及经过线性补偿后的第二方位差波束由方位向和差通道输出公式计算得到抑制俯仰向主瓣干扰的波束；

(5)角度测量：利用形成的自适应波束分别对目标的俯仰角及方位角进行测量，得到目标的角度估计值。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

实现简单：本发明通过设计不同的选择矩阵对差通道的接收数据进行选择，以形成不同的差波束，并根据线性补偿系数对单脉冲查找表及差波束进行线性补偿，实现主瓣干扰下的目标角度测量。本发明通过设计选择矩阵及利用线性补偿技术能达到很好的测角精度，且选择矩阵及线性补偿系数仅通过该非矩形阵面模型及子阵划分模式便可获得，具有实现简单的优点。

具有更高的测角精度：存在主瓣干扰时，传统的四通道波束形成技术应用于非矩形阵列模型时会导致自适应波束的输出比与静态单脉冲比不再相同，因此测角不再准确；而线性补偿技术通过计算线性补偿系数，对和波束及双差波束进行线性补偿，使得自适应输出比与静态单脉冲比相同，但同时会导致静态单脉冲比的曲线斜率下降，因此会损失一定的测角精度；本发明通过设计不同的选择矩阵，并结合线性补偿技术，形成和波束及不同的差波束，来抑制不同维度的主瓣干扰并对目标进行角度测量。本发明充分利用了阵列天线的孔径，相对于现有方法，本发明具有更高的测角精度。

附图说明

图1是本发明应用的阵列导引头阵元级模型；

图2是本发明应用的阵列导引头子阵级模型；

图3是本发明的实现流程图；

图4是本发明应用于该阵面生成的可以抑制方位维主瓣干扰的自适应和差波束等高线图；

图5是本发明与线性补偿法应用于该阵面生成的俯仰维鉴角曲线对比图；

图6是本发明应用于该阵面在不同信噪比下俯仰维测角精度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明详细说明：

实施例1

当干扰来自天线主瓣区域时，针对矩形阵列模型，一般会采用四通道波束形成技术，并利用双差波束自适应地抑制主瓣干扰，然后利用单脉冲查找表对目标角度进行估计。但是对于阵列导引头常采用非矩形阵列模型，应用上述技术后，自适应波束的输出比与静态单脉冲比不再相同，因此测角不再准确。对于非矩形阵列模型，现有的线性补偿技术通过计算线性补偿系数，并对和波束及双差波束进行线性补偿，使得自适应输出比与静态单脉冲比相同，但同时会导致静态单脉冲比的曲线斜率下降，因此会损失一定的测角精度；针对上述问题，本发明展开了探讨与创新，提出一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法，参见图3，包括有如下步骤：

(1)数据接收：根据雷达导引头的非矩形阵列模型及均匀子阵划分模式，参见图1，图2，对数据进行降维接收，接收到的数据分别为：和通道数据X_Σ，俯仰差通道数据方位差通道数据及双差通道数据

(2)根据非矩形阵列模型进行数据选择及非自适应波束形成：首先根据和通道接收数据生成和波束Σ，在进行俯仰维测角和方位维测角时，为了充分利用阵列孔径，提高测角精度，同时满足每一个子阵流型需关于阵列中心彼此对称的要求，本发明分别设计俯仰维数据选择矩阵A1和方位维数据选择矩阵A2，在对目标进行俯仰维角度测量时，选取非矩形阵列模型中间两列的子阵数据进行非自适应波束形成，在对目标进行方位维角度测量时，选取非矩形阵列模型中间两行的子阵数据进行非自适应波束形成，形成了针对阵列雷达导引头非矩形阵列模型的数据选择和非自适应波束形成的技术方案。

(3)构建线性补偿关系式：为了使静态单脉冲比与自适应单脉冲比相同，同时保持较高的测角精度，需要根据和差波束比计算线性补偿系数，然后线性调整波束指向附近的单脉冲查找表，并对第一俯仰差波束及第二方位差波束进行线性补偿，使得静态单脉冲比与自适应单脉冲比在波束指向附近相同，即满足以下关系式：

其中，为线性补偿后的第一俯仰差波束，为线性补偿后的第二方位差波束。

(4)自适应波束形成：自适应波束形成抗主瓣干扰，利用形成的自适应波束对主瓣干扰进行抑制。

(4a)生成抑制方位向主瓣干扰的波束：根据生成的和波束Σ，第一双差波束第一方位差波束以及经过线性补偿后的第一俯仰差波束由俯仰向和差通道输出公式计算得到抑制方位向主瓣干扰的波束。

(4b)抑制俯仰向的主瓣干扰：根据生成的和波束Σ，第二双差波束第二俯仰差波束以及经过线性补偿后的第二方位差波束由方位向和差通道输出公式计算得到抑制俯仰向主瓣干扰的波束。

(5)角度测量：利用形成的自适应波束分别对目标的俯仰角及方位角进行测量，得到目标的角度估计值。

本发明的技术思路是：针对非矩形阵列模型，解决现有方法测角精度较差的问题。

本发明利用阵列天线接收的数据，通过设计变换矩阵，分别对方位差通道，俯仰差通道及双差通道的接收数据进行选择，形成不同的方位差波束，俯仰差波束及双差波束，然后根据计算得到线性补偿系数，线性调整单脉冲查找表及差波束，并利用不同的和差波束进行自适应波束形成，形成整体的技术方案，实现不同维度的主瓣干扰抑制及目标角度测量，本发明具有较高的测角精度。

实施例2

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法同实施例1，步骤(1)所述的数据接收，包括有如下步骤：

(1a)参照图1和图2，图1是本发明应用的阵列导引头阵元级模型，图2是本发明应用的阵列导引头子阵级模型。本发明专门针对这种非矩形阵列模型，首先根据非矩形阵列模型的阵元级接收数据，进行降维处理，设阵元级接收数据为X，且X∈C^432×1,针对该阵列导引头的12子阵划分方式，若要求子阵转换矩阵，首先将12子阵缺失的周边四个角补齐，使其成为规则的16子阵模型，因此，此种模式下，子阵转换矩阵T₀可以表示为：

其中，表示Kronecker积，T_x为方位维的子阵形成矩阵，T_z为俯仰维的子阵形成矩阵，且T_x,T_z分别表示如下：

令

其中，d表示阵元间距，θ₀,分别表示期望信号的俯仰角和方位角。并令

不考虑阵元级幅度加权，降维转换矩阵T可按如下公式计算：

T＝Φ·T₀；

(1b)由于在12子阵划分模式下，首先对四角缺失子阵进行补齐再来求解降维矩阵，故要求实际的子阵级接收数据，需要使用16子阵的通道选择矩阵A将补齐的四角部分子阵数据筛去，且A表示如下：

(1c)和通道的接收数据X_Σ，俯仰差通道的接收数据方位差通道的接收数据及双差通道的接收数据分别表示如下：

本发明应用于阵列导引头的非矩形阵列模型，受限于阵列导引头的体积及实时性要求，对阵元级数据进行降维处理，降低了运算量，并节省了硬件成本。

实施例3

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法同实施例1-2，步骤(2)中的根据非矩形阵列模型进行数据选择及非自适应波束形成，包括有如下步骤：

(2a)由和通道的接收数据直接进行波束扫描形成和波束Σ：

其中，W_Σ为生成和波束Σ的权值，且W∈C^12×1，为导向矢量阵，且

(2b)分别设计俯仰维选择矩阵A1及方位维选择矩阵A2。且俯仰维数据选择矩阵A1及方位维数据选择矩阵A2分别表示如下：

(2c)对目标进行俯仰维角度测量时，根据俯仰维选择矩阵A1对俯仰差通道，方位差通道及双差通道的数据选择，进行波束扫描，生成第一俯仰差波束第一方位差波束及第一双差波束其表示式分别为：

其中，分别为根据和波束Σ的权值W_Σ得到的俯仰差波束，方位差波束及双差波束的权值，且分别用下式表示：

其中，表示Hadamar积；

(2d)对目标进行方位维角度测量时，根据方位维选择矩阵A2对俯仰差通道，方位差通道及双差通道的选择数据，生成第二俯仰差波束第二方位差波束及第二双差波束其表示式为：

本发明通过设计俯仰维选择矩阵和方位维选择矩阵，分别选取不同的子阵数据形成不同的差波束，考虑到了每一个子阵流型需关于阵列中心彼此对称的要求，同时充分利用了非矩形阵列模型俯仰向和方位向的阵列天线孔径，在后续进行俯仰维和方位维测角时，测量结果更加精确。

实施例4

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法同实施例1-3，步骤(3)中所述的构建线性补偿关系式，包括有如下步骤：

(3a)参照图2，图2中显示了非矩形阵列模型的子阵结构，整个平面阵被视为一个含有12个超元的阵列，每个超元被放置在对应的子阵相位中心，所以整个平面的和波束方向图按如下公式计算：

其中，w等于2π/λ，λ为波长，x_k为第k个子阵相位中心的x轴坐标，z_k为第k个子阵相位中心的z轴坐标，f_sub,k(u,v)为第k个子阵的波束方向图，(u₀,v₀)为波束指向的方向余弦值，具体表达式为：

参见图2，由于12个子阵完全相同，所以子阵的波束方向图可以用一个函数f_sub(u,v)表示，此外，子阵关于x,z轴对称，所以该阵列生成的和波束方向图按如下公式计算：

其中，U₁表示位于整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数，本例中，参见图2，整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数U₁＝3；

同理，第一方位差波束第一俯仰差波束第一双差波束及第二方位差波束第二俯仰差波束第二双差波束的波束方向图可以分别按如下公式计算：

其中，U₂、U₃分别表示位于整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数，本例中，参见图2，整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数U₂＝U₃＝2；

(3b)在波束指向附近，第一俯仰差波束与和波束Σ的比值第一双差波束与第一方位差波束的比值分别表示如下：

第二方位差波束与和波束Σ的比值第二双差波束与第二俯仰差波束的比值分别表示如下：

当目标接近主瓣波束指向时，u趋于u₀，v趋于v₀，按如下公式计算：

得到在波束指向附近，与之间的关系，与之间的关系，分别表示如下：

(3c)根据得到的线性补偿关系式，可知在波束指向附近两组单脉冲比之间存在线性关系，由该线性关系式，调整波束指向附近的单脉冲查找表，并对第一俯仰差波束及第二方位差波束进行线性补偿，补偿后的两个差波束分别表示如下：

本发明不仅给出了整体的计算方案，还给出了每一步具体的计算公式，另外，在该过程中，通过得到的线性补偿系数，又分别对单脉冲查找表，第一俯仰差波束及第二方位差波束进行线性调整，使自适应输出比与静态单脉冲比相同，并获得很高的测角精度。

本发明通过设计不同的选择矩阵，并结合线性补偿技术，形成和波束及不同的差波束，来抑制不同维度的主瓣干扰并对目标进行角度测量。本发明充分利用了阵列天线的孔径，相对于现有方法，本发明具有更高的测角精度。

实施例5

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法同实施例1-4，步骤(4a)中所述的俯仰向和差通道输出公式表述如下：

其中，为俯仰向和通道的输出，为俯仰向差通道的输出，y_Σ为和通道的输出，为线性补偿后的俯仰差波束的输出，为自适应处理的辅助信号，为形成俯仰向自适应和波束的自适应权，形成俯仰向自适应差波束的自适应权，分别用于使及的输出功率最小，且按如下公式计算：

其中，

均表示波束输出的互相关值。

实施例6

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法同实施例1-5，步骤(4b)中所述的方位向和差通道输出公式表述如下：

其中，为俯仰向和通道的输出，为俯仰向差通道的输出，y_Σ为和通道的输出，为线性补偿后的俯仰差波束的输出，为自适应处理的辅助信号，为形成方位向自适应和波束的自适应权，形成方位向自适应差波束的自适应权，分别用于使及的输出功率最小，且按如下公式计算：

其中，

均表示波束输出的互相关值。

实施例7

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法同实施例1-6，步骤(5)中的角度测量包括有如下步骤：

(5a)利用自适应波束对目标的俯仰角进行测量，按如下公式计算：

其中，为俯仰向差通道的输出，为俯仰向和通道的输出，通过差和比得出一个确定的值，然后根据线形调整后的单脉冲查找表，即可得出目标俯仰向角度的估计值

(5b)利用自适应波束对目标的方位角进行测量，按如下公式计算：

其中，为方位向差通道的输出，为方位向和通道的输出，通过差和比得出一个确定的值，然后根据线形调整后的单脉冲查找表，即可得出目标方位向角度的估计值

存在主瓣干扰时，传统的四通道波束形成技术应用于非矩形阵列模型时会导致自适应波束的输出比与静态单脉冲比不再相同，测角不再准确；而现有的线性补偿方法应用于非矩形阵列模型时，通过线性补偿技术使得自适应输出比与静态单脉冲比相同，但会导致静态单脉冲比的曲线斜率下降，因此会损失一定的测角精度；本发明为达到更高的测角精度，设计不同的选择矩阵，充分利用了非矩形阵列模型俯仰向和方位向的阵列孔径，并结合线性补偿技术，形成和波束及不同的差波束，然后进行自适应波束形成来抑制不同维度的主瓣干扰并对目标进行角度测量。因为本发明充分利用了阵列的孔径，所以具有更高的测角精度。

下面给出一个更加完整和详尽的例子，对本发明作进一步说明。

实施例8

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法同实施例1-7，参见图3包括如下步骤：

(1)数据接收：

参照图1，图1是本发明应用的阵列导引头阵元级模型，设有信号s(t)入射到该阵列导引头非矩形阵面，该信号的方向为(0°,0°)，则阵元级接收数据按如下公式计算：

其中，表示该入射信号的方向矢量，且θ₀,分别表示该入射信号的俯仰角和方位角，X(t)表示阵元级接收数据。

首先按矩形阵的规则16子阵划分模型求子阵转换矩阵T₀，此时，降维转换矩阵T可按如下公式计算：

其中，T_x为方位维的子阵形成矩阵，T_z为俯仰维的子阵形成矩阵，且T_x,T_z分别表示如下：

令:

其中，d表示阵元间距，θ₀,分别表示期望信号的俯仰角和方位角，并令:

由于此时的θ₀,均为零，Φ可以表示如下：

Φ＝I_576×576

其中，I为单位矩阵，且I∈C^576×576，所以，此时的降维转换矩阵T按如下公式计算：

T＝Φ·T₀＝T₀

参照图2，图2是本发明应用的阵列导引头子阵级模型，设计选择矩阵A，将上述矩形阵的规则16模型的四角部分筛去，可得A表示如下：

和通道的接收数据X_Σ，俯仰差通道的接收数据方位差通道的接收数据及双差通道的接收数据分别表示如下：

(2)根据非矩形阵列模型进行数据选择及非自适应波束形成：

由和通道的接收数据直接进行波束扫描形成波束指向为(0°,0°)的和波束Σ：

其中，W_Σ为生成波束指向为(0°,0°)和波束的权值，生成阵元级波束指向为(0°,0°)的和波束时，设阵元级权值为W，易得W∈C^432×1，且向量内的值均为1，由形成阵元级和波束的权值W，经过降维矩阵T及选择矩阵A的处理，可得W_Σ表示如下：

W_Σ＝[36,36,36,36,36,36,36,36,36,36,36,36]^T

即W_Σ∈C^12×1，且向量内的值均为36；

对目标进行俯仰维角度测量时，设计俯仰维选择矩阵A1，俯仰维数据选择矩阵A1表示如下：

根据俯仰维选择矩阵A1对俯仰差通道，方位差通道及双差通道的数据选择，进行波束扫描，生成第一俯仰差波束第一方位差波束及第一双差波束其表示式分别为：

其中，分别为根据和波束Σ的权值W_Σ得到的俯仰差波束，方位差波束双差波束的权值，且分别用下式表示：

对目标进行方位维角度测量时，设计方位维选择矩阵A2，方位维数据选择矩阵A2表示如下：

根据方位维选择矩阵A2对俯仰差通道，方位差通道及双差通道的选择数据，生成第二俯仰差波束第二方位差波束及第二双差波束其表示式为：

(3)构建线性补偿关系式：

参照图2，图2是本发明应用的阵列导引头子阵级模型，整个平面阵可以被视为一个含有12个超元的阵列，每个超元被放置在对应的子阵相位中心，由于12个子阵完全相同，且关于x,z轴对称，用一个函数f_sub(u,v)表示子阵的波束方向图，所以该阵列生成的和波束方向图按如下公式计算：

其中，U₁表示位于整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数，本例中，参见图2，整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数U₁＝3；

俯仰维选择矩阵A1选取非矩形阵列模型中间两列的子阵数据进行非自适应波束形成，所以生成的第一方位差波束第一俯仰差波束第一双差波束用如下公式计算：

其中，U₂表示位于整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数，本例中，参见图2，整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数U₂＝2；

在波束指向附近，第一俯仰差波束与和波束Σ的比值第一双差波束与第一方位差波束的比值分别表示如下：

方位维选择矩阵A2选取非矩形阵列模型中间两行的子阵数据进行非自适应波束形成，所以生成的第二方位差波束第二俯仰差波束第二双差波束用如下公式计算：

其中，U₃表示位于整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数，本例中，参见图2，整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数U₃＝2；

在波束指向附近，第二方位差波束与和波束Σ的比值第二双差波束与第二俯仰差波束的比值分别表示如下：

当目标接近主瓣波束指向时，u趋于u₀，v趋于v₀，可按如下公式计算：

得到在波束指向附近，与之间的关系，与之间的关系，分别表示如下：

根据得到的线性补偿关系式，分别调整波束指向附近的俯仰维角度测量单脉冲查找表和方位维角度测量单脉冲查找表，并对第一俯仰差波束及第二方位差波束进行线性补偿，对于第一俯仰差波束线性补偿后的权值表示如下：

对于第二方位差波束线性补偿后的权值表示如下：

所以，补偿后的两个差波束分别表示如下：

其中，为线性补偿后的第一俯仰差波束，为线性补偿后的第二方位差波束。

(4)自适应波束形成抑制主瓣干扰：

根据生成的和波束Σ，第一双差波束第一方位差波束以及经过线性补偿后的第一俯仰差波束进行方位维的主瓣干扰抑制，生成抑制方位向主瓣干扰的波束；

抑制方位维主瓣干扰后，俯仰向和差通道的输出公式表述如下：

其中，为俯仰向和通道的输出，为俯仰向差通道的输出，为线性补偿后的俯仰差波束的输出，为形成俯仰向自适应和波束的自适应权，形成俯仰向自适应差波束的自适应权；

根据生成的和波束Σ，第二双差波束第二俯仰差波束以及经过线性补偿后的第二方位差波束进行俯仰维的主瓣干扰抑制，生成抑制俯仰向主瓣干扰的波束；

抑制方位维主瓣干扰后，俯仰向和差通道的输出公式表述如下：

其中，为方位向和通道的输出，为方位向差通道的输出，为线性补偿后的方位差波束的输出，为形成方位向自适应和波束的自适应权，形成方位向自适应差波束的自适应权。

(5)角度测量：

利用自适应波束的和差输出比对目标的俯仰角进行测量，其中，和波束的输出表示如下：

差波束的输出表示如下：

目标俯仰角的测量按如下公式计算：

其中，为目标俯仰向角度的估计值；

利用自适应波束的和差输出比对目标的方位角进行测量，其中，和波束的输出表示如下：

差波束的输出表示如下：

目标方位角的测量按如下公式计算：

其中，为目标方位向角度的估计值。

下面通过仿真和数据分析再做说明。

实施例9

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法同实施例1-8

仿真条件：

雷达导引头的非矩形面阵模型，参照图2，把阵列导引头非矩形阵列模型均匀划分为12个子阵，每个子阵均含有6×6阵元，且阵元间距为半波长，和波束指向为(0°,0°)；含有一个主瓣干扰，干燥比为30dB，其方向为(1°,2°)；一个期望信号，信噪比为20dB，其方向为(0°,0°)。

仿真内容：

仿真1，应用本发明，自适应抑制方位向主瓣干扰，得到的波束方向图的等高线图如图4所示，图4是本发明应用于该阵面生成的可以抑制方位维主瓣干扰的自适应和差波束等高线图，其中图4a)为抑制方位维主瓣干扰的和波束等高线图，图4b)为抑制方位维主瓣干扰的差波束等高线图。

从图4a)，4b)可以看出，应用本发明生成的和波束与差波束均可以在主瓣干扰的方位维方向生成较深的凹陷，本发明可以对该方向的主瓣干扰起到很好的抑制作用。

实施例10

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法同实施例1-8，仿真条件同实施例9。

仿真内容：

仿真2，应用本发明自适应抑制方位维主瓣干扰后，生成的俯仰维鉴角曲线与同等条件下应用线性补偿法抑制方位维主瓣干扰后生成的俯仰维鉴角曲线对比图如图5所示。

图5中的实线表示本发明应用于阵列导引头非矩形阵列模型时生成的俯仰维鉴角曲线，虚线表示现有的线性补偿方法应用于阵列导引头非矩形阵列模型时生成的俯仰维鉴角曲线。

从图5可以看出，应用本发明生成的俯仰维鉴角曲线斜率要大于同等条件下应用线性补偿法生成的俯仰维鉴角曲线，因此本发明具有更高的测角精度，测角性能优于现有方法。

实施例11

一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法同实施例1-8，仿真条件同实施例9。

仿真内容：

仿真3，改变信噪比，使信噪比由-10dB增加到20dB，且每次增加5dB。本发明应用于该阵面，不同信噪比下俯仰维的测角精度变化曲线如图6所示。

图6中的曲线表示在不同信噪比下，本发明应用于阵列导引头非矩形阵列模型时对目标俯仰角的测量结果与目标真实俯仰角之间的均方误差变化趋势。

从图6可以看出，随着信噪比的增加，应用本发明得到的测角结果随着信噪比的增加，其测角误差逐渐减小，即测角精度不断提高，这和无干扰情况下的单脉冲测角精度一致。以上曲线都只是反映了一个总体趋势，下面通过数据更精确的进行说明本发明的测角结果。目标俯仰角的测量结果如表1所示。

表1：不同信噪比下对目标俯仰角的测量结果

从表1的数据中可以看出，相对于目标的真实俯仰角θ₀，测角误差基本保持在0.2°以内。当信噪比大于5dB时，测角误差小于0.1°，相对于俯仰方向的主瓣宽度，误差小于20％，表明本发明具有较高的测角精度。

综上，本发明公开的主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法。主要解决了主瓣干扰环境下，现有方法应用于雷达导引头非矩形阵面时无法进行精确测角的问题。实现过程是：1)对阵列天线的接收数据进行降维接收；2)通过设计不同的选择矩阵对差通道的接收数据进行处理，并进行非自适应波束形成生成不同的差波束；3)计算线性补偿系数，线性调整单脉冲查找表，并对差波束进行线性补偿；4)自适应波束形成抗主瓣干扰；5)对目标角度进行测量。本发明通过设计选择矩阵，并通过构建线性补偿关系式，对目标角度的测量精度高，估计性能优于现有方法，且实现简单。本发明可用于主瓣干扰环境下阵列导引头的单脉冲测角。

在主瓣干扰环境下，本发明应用于阵列导引头的非矩形阵列模型，可以在抑制主瓣干扰的同时，对目标进行较精确的角度测量，且测角性能优于现有方法。

Claims (6)

1.一种主瓣干扰下的阵列雷达导引头单脉冲测角方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)数据接收：根据雷达导引头的非矩形阵列模型及其子阵划分模式接收数据，接收到的数据分别为：和通道数据X_Σ，俯仰差通道数据方位差通道数据及双差通道数据

(2)根据非矩形阵列模型进行数据选择及非自适应波束形成：根据和通道接收数据生成和波束Σ，设计俯仰维数据选择矩阵A1和方位维数据选择矩阵A2，分别对俯仰差通道，方位差通道及双差通道的接收数据进行选择处理；在对目标进行俯仰维角度测量时，选取非矩形阵列模型中间两列的子阵数据进行非自适应波束形成，分别生成第一俯仰差波束第一方位差波束第一双差波束在对目标进行方位维角度测量时，选取非矩形阵列模型中间两行的子阵数据进行非自适应波束形成，分别生成第二俯仰差波束第二方位差波束第二双差波束

(3)构建线性补偿关系式：根据和差波束，计算得出线性补偿系数，分别对俯仰维角度测量和方位维角度测量的单脉冲查找表进行线性调整，并对第一俯仰差波束及第二方位差波束进行线性补偿，使得在波束指向附近，满足以下关系式：

其中，为线性补偿后的第一俯仰差波束，为线性补偿后的第二方位差波束；

(4)自适应波束形成：自适应波束形成抗主瓣干扰，包括有如下步骤：

(4a)生成抑制方位向主瓣干扰的波束：根据生成的和波束Σ，第一双差波束第一方位差波束以及经过线性补偿后的第一俯仰差波束由俯仰向和差通道输出公式计算得到抑制方位向主瓣干扰的波束；

(4b)抑制俯仰向的主瓣干扰：根据生成的和波束Σ，第二双差波束第二俯仰差波束以及经过线性补偿后的第二方位差波束由方位向和差通道输出公式计算得到抑制俯仰向主瓣干扰的波束；

(5)角度测量：利用形成的自适应波束分别对目标的俯仰角及方位角进行测量，得到目标的角度估计值。

2.根据权利要求1所述的一种主瓣干扰下阵列雷达导引头的单脉冲测角方法，其特征在于，其中步骤(2)所述的根据非矩形阵列模型进行数据选择及非自适应波束形成，包括有如下步骤：

(2a)根据和通道的接收数据X_Σ直接生成和波束Σ；

(2b)根据三个差通道的接收数据，分别设计不同的选择矩阵A1,A2，且俯仰维数据选择矩阵A1及方位维数据选择矩阵A2分别表示如下：

(2c)对目标进行俯仰维角度测量时，根据俯仰维选择矩阵A1对俯仰差通道，方位差通道及双差通道的选择数据，生成第一俯仰差波束第一方位差波束及第一双差波束且生成第一俯仰差波束的数据为生成第一方位差波束的数据为生成第一双差波束的数据为

(2d)对目标进行方位维角度测量时，根据方位维选择矩阵A2对俯仰差通道，方位差通道及双差通道的选择数据，生成第二俯仰差波束第二方位差波束及第二双差波束且生成第二俯仰差波束的数据为生成第二方位差波束的数据为生成第二双差波束的数据为

3.根据权利要求1所述的一种主瓣干扰下阵列雷达导引头的单脉冲测角方法，步骤(3)中所述的构建线性补偿关系式，包括有如下步骤：

(3a)生成的和差波束按如下公式计算：

其中，(u₀,v₀)为波束指向的方向余弦值，y_sub(u,v)表示每个子阵共有的和波束方向图，w等于2π/λ，(x_k,z_k)表示第k个子阵相位中心的坐标，U₁、U₂、U₃分别表示位于整个阵列右上四分之一内选取数据的子阵数，本例中，U₁＝3,U₂＝U₃＝2；

(3b)在波束指向附近，第一俯仰差波束与和波束Σ的比值第一双差波束与第一方位差波束的比值第二方位差波束与和波束Σ的比值第二双差波束与第二俯仰差波束的比值分别表示如下：

当目标接近主瓣波束指向时，u趋于u₀，v趋于v₀，按如下公式计算：

得到在波束指向附近，与之间的关系，与之间的关系，分别表示如下：

(3c)根据得到的线性补偿关系式调整单脉冲查找表，并对第一俯仰差波束及第二方位差波束进行线性补偿。

4.根据权利要求1所述的一种主瓣干扰下阵列雷达导引头的单脉冲测角方法，步骤(4a)中所述的俯仰向和差通道输出公式表述如下：

其中，为俯仰向和通道的输出，为俯仰向差通道的输出，为线性补偿后的俯仰差波束的输出，为形成俯仰向自适应和波束的自适应权，形成俯仰向自适应差波束的自适应权。

5.根据权利要求1所述的一种主瓣干扰下阵列雷达导引头的单脉冲测角方法，步骤(4b)中所述的方位向和差通道输出公式表述如下：

其中，为方位向和通道的输出，为方位向差通道的输出，为线性补偿后的方位差波束的输出，为形成方位向自适应和波束的自适应权，形成方位向自适应差波束的自适应权。

6.根据权利要求1所述的一种主瓣干扰下阵列雷达导引头的单脉冲测角方法，步骤(5)中的角度测量，包括有如下步骤：

(5a)利用自适应波束对目标的俯仰角进行测量，按如下公式计算：

其中，为目标俯仰向角度的估计值；

(5b)利用自适应波束对目标的方位角进行测量，按如下公式计算：

其中，为目标方位向角度的估计值。