CN111273240A - 一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法，具体过程为，首先建立一种直角坐标系，作为相控阵天线俯视投影面的标记基准，然后根据几何均匀阵面天线的布置方式，计算出每部相控阵天线相位中心为其自身几何中心处，通过四部相控阵天线的俯视投影面进行第一次组阵相位中心归算，计算后得出为坐标系中心(0，0)，再通过相控阵天线的倾斜角度计算最终组阵后四面阵的相位中心，因此可得到立体四面相控阵天线测量基准。解决了立体四面相控阵组阵后相位中心的标定问题。

Description

一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法
技术领域
本发明属于相控阵天线测量技术领域，涉及一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法。
背景技术
随着相控阵天线技术的迅猛发展，该技术已广泛应用于雷达、导航和电子对抗等领域。地面接收天线相位中心的确定是GPS系统精确定位的前提，现今众多科学研究主要关注于相控阵天线的增益、主瓣宽度和副瓣电平等幅度方向图特性的研究，而对相控阵天线的相位方向图特性和相位中心等方面的研究还比较少。
随着高精度测量的不断发展，使相控阵天线相位中心的精确度标定势在必行，而四部相控阵天线均匀排布组阵后的相位中心更加复杂，需要进行相位中心的几何归算，目前此项技术相关研究较少，该问题一直未找到有效方法来解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法，该方法解决了立体四面相控阵组阵后相位中心的标定问题，通过相位中心的几何归算实现四相控阵协同工作模式下ns级的高精度测距。
本发明所采用的技术方案是，一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法，具体包括如下步骤：
步骤1，建立直角坐标系，设置坐标中心(0，0)，同时在坐标系上标注刻度；
步骤2，将四部相控阵天线分别布置在0°、90°、180°、270°方位方向上，俯仰方向上分别设置45°后倾角；
步骤3，将四部相控阵天线投影至水平面，得出四部相控阵天线在水平坐标系下的相位中心坐标；
步骤4，根据步骤3所得的四部相控阵天线的中心坐标，确定四部相控阵天线组阵后的相位中心；
步骤5，根据步骤5确定的相位中心，确定相控阵天线的测量基准。
本发明的特点还在于，
步骤3中，四部相控阵天线的中心坐标分别为相控阵天线A(a，0)、相控阵天线B(0，a)、相控阵天线C(-a,0)、相控阵天线D(0,-a)。
步骤4中四部相控阵天线组阵后的相位中心确定过程为：四部相控阵天线中，根据每个相控阵天线的在水平方向的投影可知，每个相控阵天线的相位中心均为几何分布，则可确定四个相控阵天线组阵后的相位中心位于直角坐标系中心(0,0)的垂直线Z轴方向上。
步骤5的具体过程为：由于四部相控阵天线的空间方位均倾斜45°，根据步骤4所得的四部相控阵天线组阵后的相位中心位置，即得组阵后相位中心坐标为(0,0，M)，该中心坐标即为相控阵天线的测量基准。
步骤5中组阵后的相位中心坐标中，M的求解过程如下：
M＝atan45°；
则组阵后相位中心坐标为(0,0，atan45°)。
本发明的有益效果是，本发明通过建立一种直角坐标系，可以计算出立体四面阵组阵后的共用相位中心。这种该方法解决了相控阵组阵测量基准的确定的难题，是对现有相控阵天线相位中心测算方向的重大突破，适用于相控阵组阵的高精度测距等应用场景，测试精度可达ns数量级。
附图说明
图1是本发明一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法中立体四面阵相位中心水平面投影示意图；
图2是本发明一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法中立体四面阵最终相位中心的计算示意图。
图中，1-相控阵天线A，2-相控阵天线B，3-相控阵天线C，4-相控阵天线D。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法，具体包括如下步骤：
步骤1，建立直角坐标系，设置坐标中心(0，0)，同时在坐标系上标注刻度；
步骤2，将四部相控阵天线分别布置在0°、90°、180°、270°方位方向上，俯仰方向上分别设置45°后倾角；
步骤3，将四部相控阵天线投影至水平面，得出四部相控阵天线在水平坐标系下的相位中心坐标；
步骤3中，四部相控阵天线的中心坐标分别为相控阵天线A(a，0)、相控阵天线B(0，a)、相控阵天线C(-a,0)、相控阵天线D(0,-a)。
步骤4，根据步骤3所得的四部相控阵天线的中心坐标，确定四部相控阵天线组阵后的相位中心；
步骤4中四部相控阵天线组阵后的相位中心确定过程为：四部相控阵天线中，根据每个相控阵天线的在水平方向的投影可知，每个相控阵天线的相位中心均为几何分布，则可确定四个相控阵天线组阵后的相位中心位于直角坐标系中心(0,0)的垂直线Z轴方向上。
步骤5，根据步骤5确定的相位中心，确定相控阵天线的测量基准。
步骤5的具体过程为：由于四部相控阵天线的空间方位均倾斜45°，根据步骤4所得的四部相控阵天线组阵后的相位中心位置，即得组阵后相位中心坐标为(0,0，M)，该中心坐标即为相控阵天线的测量基准。
步骤5中组阵后的相位中心坐标中，M的求解过程如下：
M＝atan45°；则组阵后相位中心坐标为(0,0，atan45°)。
实施例
一种立体四面相控阵天线测量基准确定方法，其包括以下步骤：
选取四部相控阵天线在方位方向上均匀分布，分别布置在0°、90°、180°、270°方位方向，俯仰方向上分别设置45°后倾角。按照方阵切除四角组阵设计，共用56个子阵。首先建立一种直角坐标系，作为相控阵天线俯视投影面的标记基准，然后根据几何均匀阵面天线的布置方式，计算出每部相控阵天线相位中心为其自身几何中心处，通过四部相控阵天线的俯视投影面进行第一次组阵相位中心归算，计算后得出为坐标系中心(0，0)，再通过相控阵天线的倾斜角度计算最终组阵后四面阵的相位中心，因此可得到立体四面相控阵天线测量基准。；
其中，1表示相控阵天线A，2表示相控阵天线B，3表示相控阵天线C，4表示相控阵天线D，即一种特殊的直角坐标系，用以显示相控阵阵列的布局，识别其坐标位置；
一种立体四面相控阵天线测量基准确定方法，具体步骤为：
步骤1，建立一种直角指标系，设置直角坐标系的坐标中心(0，0)，同时给出刻度以方便标记；
步骤2，将相控阵天线A、相控阵天线B、相控阵天线C、相控阵天线D以1、2、3、4进行标示，以便于区分；
步骤3，将相控阵天线A1、相控阵天线B2、相控阵天线C3、相控阵天线D4分别投影至水平面，得出四阵的水平坐标系下的四阵相位中心，如图1所示；
步骤4，按照几何均匀阵面天线的布置方式，得出每部相控阵天线的相位中心，位于其几何中心处，从图1中显而易见可以得出相控阵天线A1、相控阵天线B2、相控阵天线C3、相控阵天线D4的相位中心分别位于中心坐标“8”处；
步骤5，四部相控阵天线中，根据每个相控阵天线的在水平方向的投影可知，每个相控阵天线的相位中心均为几何分布，则可确定四个相控阵天线组阵后的相位中心位于直角坐标系中心(0,0)的垂直线Z轴方向上。
步骤6，以相控阵天线A1、相控阵天线C3为例按照图2中的立体位置关系可以得出相控阵天线A1、相控阵天线B2的与水平面夹角全部为45°，同理，相控阵天线C3、相控阵天线D4与坐标系夹角也为45°，这样立体四面阵组阵相位中心为8tan45°，即为(0，0，8tan45°)处。
本实施例通过对四相控阵组阵相位中心测算，解决了相控阵组阵测量基准的确定的难题。显然，是对现有相控阵天线相位中心测算方向的重要突破，适用于相控阵组阵的高精度测距等应用场景。

Claims (5)

1.一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，建立直角坐标系，设置坐标中心(0，0)，同时在坐标系上标注刻度；
步骤2，将四部相控阵天线分别布置在0°、90°、180°、270°方位方向上，俯仰方向上分别设置45°后倾角；
步骤3，将四部相控阵天线投影至水平面，得出四部相控阵天线在水平坐标系下的相位中心坐标；
步骤4，根据步骤3所得的四部相控阵天线的中心坐标，确定四部相控阵天线组阵后的相位中心；
步骤5，根据步骤5确定的相位中心，确定相控阵天线的测量基准。
2.根据权利要求1所述的一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法，其特征在于：所述步骤3中，四部相控阵天线的中心坐标分别为相控阵天线A(a，0)、相控阵天线B(0，a)、相控阵天线C(-a,0)、相控阵天线D(0,-a)。
3.根据权利要求2所述的一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法，其特征在于：所述步骤4中四部相控阵天线组阵后的相位中心确定过程为：四部相控阵天线中，根据每个相控阵天线的在水平方向的投影可知，每个相控阵天线的相位中心均为几何分布，则可确定四个相控阵天线组阵后的相位中心位于直角坐标系中心(0,0)的垂直线Z轴方向上。
4.根据权利要求3所述的一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法，其特征在于：所述步骤5的具体过程为：由于四部相控阵天线的空间方位均倾斜45°，根据步骤4所得的四部相控阵天线组阵后的相位中心位置，即得组阵后相位中心坐标为(0,0，M)，该中心坐标即为相控阵天线的测量基准。
5.根据权利要求4所述的一种面向北斗三号立体四面相控阵天线测量基准确定方法，其特征在于：所述步骤5中组阵后的相位中心坐标中，M的求解过程如下：
M＝atan45°；
则组阵后相位中心坐标为(0,0，atan45°)。
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