CN110031835A - 一种相控阵雷达s曲线扫描方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相控阵雷达S曲线扫描方法，解决现有方法试验设备复杂的问题。所述方法，包含以下步骤：根据阵面扫描中心、扫描范围确定扫描起始位置和扫描终止位置，所述阵面扫描中心为扫描中心在天线阵面直角坐标系下的方向余弦角；在所述扫描起始位置、扫描终止位置之间，按照扫描间隔等分，得到扫描实时位置；按照从所述扫描起始位置到扫描终止位置或从所述扫描终止位置到扫描起始位置的顺序，在每个所述扫描实时位置采集雷达和路、差路回波信号，计算得到差路与和路信号的幅度比、相位差方法。本发明实现了以电扫方式进行S曲线扫描。
Description
技术领域
本发明涉及雷达信号处理领域，尤其涉及一种相控阵雷达S曲线扫描方法。
背景技术
单脉冲体制雷达系统可实现对目标的角度测量和角跟踪，角误差信号是单脉冲体制雷达实现精确角跟踪的核心，角误差信号由S曲线扫描得到。现有S曲线扫描方法，采用机扫的方式，通过固定天线波束并旋转转台或伺服等装置完成S曲线的扫描。对于宽波束天线，需要较大的场地条件才能完成扫描，不适用于对较小试验场地环境下的雷达天线进行S曲线扫描。
发明内容
本发明提供一种相控阵雷达S曲线扫描方法，解决现有方法试验设备复杂的问题。
本发明提出了一种相控阵雷达S曲线扫描方法，其包含以下步骤：根据阵面扫描中心、扫描范围确定扫描起始位置和扫描终止位置，所述阵面扫描中心为天线波束指向在天线阵面直角坐标系下的方向余弦角；在所述扫描起始位置、扫描终止位置之间，按照扫描间隔等分，得到扫描实时位置；按照从所述扫描起始位置到扫描终止位置或从所述扫描终止位置到扫描起始位置的顺序，在每个所述扫描实时位置采集雷达和路、差路回波信号，计算得到差路与和路信号的幅度比、相位差。
进一步地，所述扫描起始位置为：所述阵面扫描中心减去所述扫描范围的绝对值，所述扫描终止位置为所述阵面扫描中心加上所述扫描范围的绝对值。
进一步地，所述扫描起始位置、扫描终止位置、扫描范围均包含方位向、俯仰向两个维度，所述阵面扫描中心均包含方位维、俯仰维、法线维三个维度的角度值；方位向扫描起始、终止位置分别为所述阵面扫描中心的方位维角度值减去、加上方位向扫描范围的绝对值；俯仰向扫描起始、终止位置分别为所述阵面扫描中心的俯仰维角度值减去、加上俯仰向扫描范围的绝对值。
进一步地，所述方法还包含：根据所述扫描起始位置、扫描终止位置、扫描实时位置、差路与和路信号的幅度比，画出S曲线扫描幅度图，并拟合得到S曲线斜率。
进一步地，所述方法还包含：根据所述扫描起始位置、扫描终止位置、扫描实时位置、差路与和路信号的相位差，画出S曲线扫描相位图，并得到差路信号的相位补偿值。
进一步地，所述S曲线扫描采用方位向S曲线扫描，所述方位向扫描起始位置为：
αxs＝αxc-Δα (1)
αxn＝αxc+Δα (2)
其中，αxs、αxc、αxn分别为所述方位向扫描起始位置、所述阵面扫描中心的方位维角度值、方位向扫描终止位置，Δα为所述扫描范围的绝对值。
进一步地，所述S曲线扫描采用俯仰向S曲线扫描，所述俯仰向扫描起始位置为：
βxs＝βxc-Δβ (3)
βxn＝βxc+Δβ (4)
其中，βxs、βxc、βxn分别为所述俯仰向扫描起始位置、所述阵面扫描中心的俯仰维角度值、俯仰向扫描终止位置，Δβ为所述扫描范围的绝对值。
本发明有益效果包括：本发明提供的相控阵雷达S曲线扫描方法将相控阵电扫的波束扫描方式应用在S曲线扫描上，减小了S曲线扫描对于试验场地大小的限制，且天线可以固定安装，减小了设备的复杂性。
附图说明
图1为本发明的相控阵雷达S曲线扫描方法流程图；
图2为其中包含方位向扫描的相控阵雷达S曲线扫描方法流程图；
图3为其中包含俯仰向扫描的相控阵雷达S曲线扫描方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
图1为本发明提出的一种相控阵雷达S曲线扫描方法流程图，用于相控阵天线S曲线扫描，作为本发明的实施例，一种相控阵雷达S曲线扫描方法，包含以下步骤：
步骤101，根据阵面扫描中心、扫描范围确定扫描起始位置和扫描终止位置，所述阵面扫描中心为天线波束指向在天线阵面直角坐标系下的方向余弦角。
在步骤101中，所述阵面扫描中心、扫描范围根据相控阵天线3dB波束宽度大小设定，所述扫描范围至少大于等于相控阵天线3dB波束宽度的一半。
优选地，所述扫描起始位置为：所述阵面扫描中心减去所述扫描范围的绝对值，所述扫描终止位置为所述阵面扫描中心加上所述扫描范围的绝对值。需要说明的是，所述扫描范围表示为正负，例如，所述阵面扫描中心为5度，所述扫描范围为±5度，所述扫描起始位置为0度，所述扫描终止位置为10度。
还需说明的是，所述扫描范围可以是本发明实施例中的正负角度值，也可以是正角度值，当所述扫描范围为正角度值时，所述扫描起始位置为：所述阵面扫描中心减去0.5乘以所述扫描范围，所述扫描终止位置为：所述阵面扫描中心减去0.5乘以所述扫描范围。例如，所述阵面扫描中心为0度，所述扫描范围为10度，所述扫描起始位置为0-0.5*10＝-5，所述扫描终止位置为0+0.5*10＝5。
在步骤101中，所述阵面扫描中心为天线波束指向在天线阵面直角坐标系下的方向余弦角。需要说明的是，相控阵天线的波束扫描均在天线阵面坐标系下进行，天线阵面坐标系可以是所述天线阵面直角坐标系，也可以是天线阵面极坐标系，与坐标系定义有关。
步骤102，在所述扫描起始位置、扫描终止位置之间，按照扫描间隔等分，得到扫描实时位置。
在步骤102中，所述扫描间隔可以进行设定，所述扫描间隔越小，扫描越精细，所述扫描间隔需大于等于相控阵天线的波束跃度。
步骤103，按照从所述扫描起始位置到扫描终止位置或从所述扫描终止位置到扫描起始位置的顺序，在每个所述扫描实时位置采集雷达和路、差路回波信号，计算得到差路与和路信号的幅度比、相位差。
在步骤103中，可以采用从所述扫描起始位置到扫描终止位置的顺序进行波束扫描，也可以采用所述扫描终止位置到扫描起始位置的顺序进行波束扫描，扫描顺序可以进行设定，不影响扫描结果。
在步骤103中，所述差路与和路信号的幅度比为差路信号的幅度与和路信号的幅度的比值，所述差路与和路信号的相位差为差路信号的相位与和路信号的相位之差。
在步骤103中，需要说明的是，为了便于得到所述雷达和路、差路回波信号，在每个所述扫描实时位置可以增加相控阵天线波束驻留次数，例如在每个所述扫描实时位置相控阵天线驻留100次，需要说明的是，驻留次数与采集周期有关，可以是本发明实施例中的100次，也可以是其它次数，这里不做特别限定。
本实施例公开了一种相控阵雷达S曲线扫描方法，采用电扫的方式进行S曲线扫描，相比于传统的机扫方法，不需要转台或伺服，试验设备简单，也不需要宽阔的试验场地完成S曲线的扫描。
图2为一种包含方位向扫描的相控阵雷达S曲线扫描方法流程图，用于相控阵雷达S曲线方位向的扫描，作为本发明申请的实施例，一种相控阵雷达S曲线扫描方法，包含以下步骤：
步骤201，根据阵面扫描中心、扫描范围确定扫描起始位置和扫描终止位置，所述阵面扫描中心为天线波束指向在天线阵面直角坐标系下的方向余弦角。
在步骤201中，所述扫描起始位置、扫描终止位置、扫描范围、均包含方位向、俯仰向两个维度，所述阵面扫描中心均包含方位维、俯仰维、法线维三个维度的角度值；方位向扫描起始、终止位置分别为所述阵面扫描中心的方位维角度值减去、加上方位向扫描范围的绝对值；俯仰向扫描起始、终止位置分别为所述阵面扫描中心的俯仰维角度值减去、加上俯仰向扫描范围的绝对值。
需要说明的是，所述扫描起始位置包含方位向扫描起始位置、俯仰向扫描起始位置，所述扫描终止位置包含方位向扫描终止位置、俯仰向扫描终止位置，所述扫描范围包含方位向扫描范围、俯仰向扫描范围，所述阵面扫描中心包含方位维阵面扫描中心、俯仰维阵面扫描中心、法线维阵面扫描中心。
在步骤201中，所述S曲线扫描采用方位向S曲线扫描，所述方位向扫描起始位置为：
αxs＝αxc-Δα (1)
αxn＝αxc+Δα (2)
其中，αxs、αxc、αxn分别为所述方位向扫描起始位置、所述阵面扫描中心的方位维角度值、方位向扫描终止位置，Δα为所述方位向扫描范围的绝对值。
步骤202，在方位向扫描起始位置、方位向扫描终止位置之间，按照方位向扫描间隔等分，得到方位向扫描实时位置。
在步骤202中，所述扫描间隔、扫描实时位置均包含方位向、俯仰向两个维度的角度值，在进行S曲线方位向扫描时，天线波束只在方位向进行扫描，在俯仰向不进行扫描，所述阵面扫描中心的俯仰维角度保持不变，即所述俯仰向扫描起始位置的角度值等于俯仰向扫描终止的角度值，俯仰向扫描间隔为0，俯仰向扫描实时位置为所述俯仰向扫描起始位置或俯仰向扫描终止位置。
步骤203，按照从所述方位向扫描起始位置到方位向扫描终止位置或从所述方位向扫描终止位置到方位向扫描起始位置的顺序，在每个所述方位向扫描实时位置采集雷达和路、方位差路回波信号，计算得到方位差路与和路信号的幅度比、相位差。
需要说明的是，由于相控阵天线只在方位向进行波束扫描，因此只需要采集雷达和路回波信号、方位差路回波信号。
步骤204，根据所述方位向扫描起始位置、方位向扫描终止位置、方位向扫描实时位置、方位差路与和路信号的幅度比，画出S曲线扫描幅度图，并拟合得到S曲线斜率。
在步骤204中，所述S曲线斜率为方位向S曲线斜率，所述S曲线扫描幅度图的横坐标为所述方位向扫描实时位置，纵坐标为方位差路与和路信号的幅度比，所述S曲线斜率用于计算单脉冲体制雷达的方位向角误差信号。
步骤205，根据所述方位向扫描起始位置、方位向扫描终止位置、方位向扫描实时位置、方位差路与和路信号的相位差，画出S曲线扫描相位图，并得到方位差路信号的相位补偿值。
在步骤205中，所述S曲线扫描相位图的横坐标为所述方位向扫描实时位置，纵坐标为方位差路与和路信号的相位差，所述方位差路信号的相位补偿值用于使天线波束在所述扫描中心两侧时的角误差信号方向相反。
本实施例提供的相控阵雷达S曲线扫描方法，适用于对方位向S曲线进行扫描。
图3为一种包含俯仰向扫描的相控阵雷达S曲线扫描方法流程图，用于相控阵雷达S曲线俯仰向的扫描，作为本发明申请的实施例，一种相控阵雷达S曲线扫描方法，包含以下步骤：
步骤301，根据阵面扫描中心、扫描范围确定扫描起始位置和扫描终止位置，所述阵面扫描中心为天线波束在天线阵面直角坐标系下的方向余弦角。
在步骤301中，所述扫描起始位置、扫描终止位置、扫描范围、均包含方位向、俯仰向两个维度，所述阵面扫描中心均包含方位维、俯仰维、法线维三个维度的角度值；方位向扫描起始、终止位置分别为所述阵面扫描中心的方位维角度值减去、加上方位向扫描范围的绝对值；俯仰向扫描起始、终止位置分别为所述阵面扫描中心的俯仰维角度值减去、加上俯仰向扫描范围的绝对值。
需要说明的是，所述扫描起始位置包含方位向扫描起始位置、俯仰向扫描起始位置，所述扫描终止位置包含方位向扫描终止位置、俯仰向扫描终止位置，所述扫描范围包含方位向扫描范围、俯仰向扫描范围，所述阵面扫描中心包含方位维阵面扫描中心、俯仰维阵面扫描中心、法线维阵面扫描中心。
在步骤301中，所述S曲线扫描采用俯仰向S曲线扫描，所述俯仰向扫描起始位置为：
βxs＝βxc-Δβ (3)
βxn＝βxc+Δβ (4)
其中，βxs、βxc、βxn分别为所述俯仰向扫描起始位置、所述阵面扫描中心的俯仰维角度值、俯仰向扫描终止位置，Δβ为俯仰向扫描范围的绝对值。
步骤302，在俯仰向扫描起始位置、俯仰向扫描终止位置之间，按照俯仰向扫描间隔等分，得到俯仰向扫描实时位置。
在步骤302中，所述扫描间隔、扫描实时位置均包含方位向、俯仰向两个维度的角度值，在进行S曲线俯仰向扫描时，天线波束只在俯仰向进行扫描，在方位向不进行扫描，所述阵面扫描中心的方位维角度保持不变，即所述方位向扫描起始位置的角度值等于方位向扫描终止的角度值，方位向扫描间隔为0，方位向扫描实时位置为所述方位向扫描起始位置或方位向扫描终止位置。
步骤303，按照从所述俯仰向扫描起始位置到俯仰向扫描终止位置或从所述方位向扫描终止位置到俯仰向扫描起始位置的顺序，在每个所述俯仰向扫描实时位置采集雷达和路、俯仰差路回波信号，计算得到俯仰差路与和路信号的幅度比、相位差。
需要说明的是，由于相控阵天线只在俯仰向进行波束扫描，因此只需要采集雷达和路回波信号、俯仰差路回波信号。
步骤304，根据所述俯仰向扫描起始位置、俯仰向扫描终止位置、俯仰向扫描实时位置、俯仰差路与和路信号的幅度比，画出S曲线扫描幅度图，并拟合得到S曲线斜率。
在步骤304中，所述S曲线斜率为俯仰向S曲线斜率，所述S曲线扫描幅度图的横坐标为所述俯仰向扫描实时位置，纵坐标为方位差路与和路信号的幅度比，所述S曲线斜率用于计算单脉冲体制雷达的俯仰向角误差信号。
步骤305，根据所述俯仰向扫描起始位置、俯仰向扫描终止位置、俯仰向扫描实时位置、俯仰差路与和路信号的相位差，画出S曲线扫描相位图，并得到俯仰差路信号的相位补偿值。
在步骤305中，所述S曲线扫描相位图的横坐标为所述俯仰向扫描实时位置，纵坐标为俯仰差路与和路信号的相位差，所述俯仰差路信号的相位补偿值用于使天线波束在所述扫描中心两侧时的角误差信号方向相反。
本实施例提供的相控阵雷达S曲线扫描方法，适用于对方俯仰S曲线进行扫描。
本发明提供的相控阵雷达S曲线扫描方法将相控阵电扫的波束扫描方式应用在S曲线扫描上，减小了S曲线扫描对于试验场地大小的限制，且天线可以固定安装，减小了设备的复杂性。
Claims (7)
1.一种相控阵雷达S曲线扫描方法，其特征在于，包含以下步骤：
根据阵面扫描中心、扫描范围确定扫描起始位置和扫描终止位置，所述阵面扫描中心为天线波束指向在天线阵面直角坐标系下的方向余弦角；
在所述扫描起始位置、扫描终止位置之间，按照扫描间隔等分，得到扫描实时位置；
按照从所述扫描起始位置到扫描终止位置或从所述扫描终止位置到扫描起始位置的顺序，在每个所述扫描实时位置采集雷达和路、差路回波信号，计算得到差路与和路信号的幅度比、相位差。
2.如权利要求1所述的相控阵雷达S曲线扫描方法，其特征在于，所述扫描起始位置为：所述阵面扫描中心减去所述扫描范围的绝对值，所述扫描终止位置为所述阵面扫描中心加上所述扫描范围的绝对值。
3.如权利要求1所述的相控阵雷达S曲线扫描方法，其特征在于，所述扫描起始位置、扫描终止位置、扫描范围均包含方位向、俯仰向两个维度，所述阵面扫描中心均包含方位维、俯仰维、法线维三个维度的角度值；方位向扫描起始、终止位置分别为所述阵面扫描中心的方位维角度值减去、加上方位向扫描范围的绝对值；俯仰向扫描起始、终止位置分别为所述阵面扫描中心的俯仰维角度值减去、加上俯仰向扫描范围的绝对值。
4.如权利要求1所述的相控阵雷达S曲线扫描方法，其特征在于，所述方法还包含：
根据所述扫描起始位置、扫描终止位置、扫描实时位置、差路与和路信号的幅度比，画出S曲线扫描幅度图，并拟合得到S曲线斜率。
5.如权利要求1所述的相控阵雷达S曲线扫描方法，其特征在于，所述方法还包含：
根据所述扫描起始位置、扫描终止位置、扫描实时位置、差路与和路信号的相位差，画出S曲线扫描相位图，并得到差路信号的相位补偿值。
6.如权利要求3所述的相控阵雷达S曲线扫描方法，其特征在于，
所述S曲线扫描采用方位向S曲线扫描，所述方位向扫描起始位置为：
αxs＝αxc-Δα (1)
αxn＝αxc+Δα (2)
其中，αxs、αxc、αxn分别为所述方位向扫描起始位置、所述阵面扫描中心的方位维角度值、方位向扫描终止位置，Δα为所述方位向扫描范围的绝对值。
7.如权利要求3所述的相控阵雷达S曲线扫描方法，其特征在于，
所述S曲线扫描采用俯仰向S曲线扫描，所述俯仰向扫描起始位置为：
βxs＝βxc-Δβ (3)
βxn＝βxc+Δβ (4)
其中，βxs、βxc、βxn分别为所述俯仰向扫描起始位置、所述阵面扫描中心的俯仰维角度值、俯仰向扫描终止位置，Δβ为所述俯仰向扫描范围的绝对值。
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