CN111398914A - 一种雷达跟踪波束测角方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种雷达跟踪波束测角方法，属于雷达设计领域。本发明为了克服现有的单脉冲和差波束比幅测角方法在大空域、任意角度、同时多波束的情况下S曲线数据容量大、测角流程复杂的问题，通过构建一条经空域变换的“通用”测角曲线(K曲线)，所述K曲线的横坐标为p，纵坐标为“差和比”volt_ratio，其中，p＝(sin(θ)‑sin(θ_B))/λ，将所述K曲线数据存入雷达计算机；根据雷达实际测得目标回波的“差和比”volt_ratio对照所述K曲线数据，查表得到对应的p值；根据θ＝arcsin(p*λ+sin(θ_B))计算出目标角度值。所述空域变换得到的K曲线不受波束指向、频率等因素影响，数据存储空间小，查表流程简单，能简便地实现大空域、任意角度、同时多波束的情况下的单脉冲和差比幅测角。

Description

一种雷达跟踪波束测角方法

技术领域

本发明属于雷达设计领域，具体涉及一种雷达跟踪波束测角方法。

背景技术

雷达作为现代战争中战场感知的重要传感器，对目标空间位置的跟踪探测是其最基本、最重要的功能，而目标角度测量是其中重要一环。随着相控阵雷达技术的发展，单脉冲测角方法普遍应用于雷达测角中，该方法包括比幅单脉冲测角和比相单脉冲测角，其中单脉冲和差波束比幅测角最为普遍。

单脉冲和差波束比幅测角方法在每一个波位形成一个和波束，一个方位角差波束和一个俯仰角差波束，通过差波束方向图与和波束方向图的幅度比值可得到横轴为角度值，纵轴为“差和比”的测角曲线，即S曲线。将S曲线数据存至雷达计算机中，雷达探测过程中用实际测得的回波信号“差和比”及相位差与S曲线数据对比，通过查表的方式得到目标角度值。该方法的缺点在于，由于波束指向、宽度、频率等因素的影响，不同波位对应的S曲线不同，雷达计算机中需存储多个S曲线数据，并在探测过程中根据波束位置的不同查询不同的S曲线。对于常规的固定波位搜索处理，该方法尚能满足，但对于大空域、任意角度、同时多波束的跟踪波束，该方法S曲线数据表的容量规模过于庞大，查表流程过于复杂。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种雷达跟踪波束测角方法，以克服现有的单脉冲和差波束比幅测角方法在大空域、任意角度、同时多波束的情况下S曲线数据容量大、测角流程复杂的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种雷达跟踪波束测角方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：通过空域变换构建K曲线，所述K曲线的横坐标为p，纵坐标为“差和比”volt_ratio，其中，p＝(sin(θ)-sin(θ_B))/λ，θ_B和λ分别当前跟踪波束中心指向和工作波长，θ为雷达需测得的目标所在角度；

步骤二：将所述K曲线数据存入雷达计算机；

步骤三：根据雷达实际测得目标回波的“差和比”volt_ratio对照所述K曲线数据，查表得到对应的p值；

步骤四：根据θ＝arcsin(p*λ+sin(θ_B))计算出目标角度值。

进一步地，所述步骤一具体包括如下过程：

在(sin(θ)-sin(θ_B))/λ域构建方向图，即令p＝(sin(θ)-sin(θ_B))/λ，则和波束方向图方程由θ域的和波束方向图方程

变为：

差波束方向图方程由θ域的差波束方向图方程

变为：

其中a_i为幅度加权系数，θ为雷达需测得的目标所在角度，θ_B为当前跟踪波束中心指向，d为天线阵元间距，N为天线阵元个数，工作波长λ＝c/f，f为雷达工作频点，c为光速；

差和幅度比后得到的测角曲线也由θ-volt_ratio变换到(sin(θ)-sin(θ_B))/λ-volt_ratio，从而得到所述K曲线：

进一步地，经过空间变换后的多条测角曲线重合为一条“K曲线”，所述K曲线不受波束中心指向、雷达工作频点影响。

(三)有益效果

本发明提出构建一条经空域变换的“通用”测角曲线(K曲线)，所述K曲线的横坐标为p，纵坐标为“差和比”volt_ratio，其中，p＝(sin(θ)-sin(θ_B))/λ，将所述K曲线数据存入雷达计算机；根据雷达实际测得目标回波的“差和比”volt_ratio对照所述K曲线数据，查表得到对应的p值；根据θ＝arcsin(p*λ+sin(θ_B))计算出目标角度值。所述空域变换得到的K曲线不受波束指向、频率等因素影响，数据存储空间小，查表流程简单，能简便地实现大空域、同时多波束的情况下的单脉冲和差比幅测角。

附图说明

图1为本发明的处理流程图；

图2为三个波束的和、差方向图的示例图；

图3为将三个波束归一化后的测角曲线(S曲线)示例图；

图4为将三个波束空域变换后的测角曲线(K曲线)示例图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1是本发明技术方案的主流程图。如图1所示，本发明提出的雷达跟踪波束测角方法包括下列步骤：

步骤一：空域变换，构建测角曲线。

θ域的和波束方向图方程为：

θ域的差波束方向图方程为：

式中a_i为幅度加权系数，θ为雷达需测得的目标所在角度，θ_B为当前跟踪波束中心指向，d为天线阵元间距，N为天线阵元个数，工作波长λ＝c/f，f为雷达工作频点，c为光速。图2所示为以俯仰维0°和40°两个指向为例，画出单脉冲和差波束方向图，其中B1为频率1、法向0度指向，B2为频率1、法向+40度指向，B3为频率32、法向+40度指向。可见当天线阵元个数、间距、幅度加权确定后，波束方向图形状因波束指向和工作频点的不同而不同。

中心指向归一化到B1中心角(0度)后的θ域的测角曲线方程为：

如图3可见，测角曲线的横坐标为θ，纵坐标为volt_ratio；当目标位于不同角度时，由于波束指向、宽度、频率等因素的影响，将存在多条测角曲线，即S曲线。对于大空域覆盖、同时多波束处理、多频点工作的雷达，S曲线数据量将非常庞大，不利于计算机存储和处理。

对上述三个波束在(sin(θ)-sin(θ_B))/λ域构建方向图，即令p＝(sin(θ)-sin(θ_B))/λ，则和波束方向图方程变为：

差波束方向图方程为：

差和幅度比后得到的测角曲线也由θ-volt_ratio变换到(sin(θ)-sin(θ_B))/λ-volt_ratio，即

如图4所示。可见，经过空间变换后的多条测角曲线重合为一条(此处称为“K曲线”)，不受指向、频率等影响，该K曲线的横坐标为p((sin(θ)-sin(θ_B))/λ)，纵坐标为volt_ratio；

步骤二：将K曲线数据存入雷达计算机。

步骤三：根据雷达实际测得目标回波的“差和比”volt_ratio对照K曲线数据，查表得到对应的p值。

步骤四：根据θ＝arcsin(p*λ+sin(θ_B))计算出雷达测得的目标角度值，其中θ_B和λ分别当前跟踪波束中心指向和工作波长。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种雷达跟踪波束测角方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤一：通过空域变换构建K曲线，所述K曲线的横坐标为p，纵坐标为“差和比”volt_ratio，其中，p＝(sin(θ)-sin(θ_B))/λ，θ_B和λ分别当前跟踪波束中心指向和工作波长，θ为雷达需测得的目标所在角度；

步骤二：将所述K曲线数据存入雷达计算机；

步骤三：根据雷达实际测得目标回波的“差和比”volt_ratio对照所述K曲线数据，查表得到对应的p值；

步骤四：根据θ＝arcsin(p*λ+sin(θ_B))计算出目标角度值。

2.如权利要求1所述的雷达跟踪波束测角方法，其特征在于：所述步骤一具体包括如下过程：

在(sin(θ)-sin(θ_B))/λ域构建方向图，即令p＝(sin(θ)-sin(θ_B))/λ，则和波束方向图方程由θ域的和波束方向图方程

变为：

差波束方向图方程由θ域的差波束方向图方程

变为：

其中a_i为幅度加权系数，θ为雷达需测得的目标所在角度，θ_B为当前跟踪波束中心指向，d为天线阵元间距，N为天线阵元个数，工作波长λ＝c/f，f为雷达工作频点，c为光速；

差和幅度比后得到的测角曲线也由θ-volt_ratio变换到(sin(θ)-sin(θ_B))/λ-volt_ratio，从而得到所述K曲线：

3.如权利要求2所述的雷达跟踪波束测角方法，其特征在于：经过空间变换后的多条测角曲线重合为一条“K曲线”，所述K曲线不受波束中心指向、雷达工作频点影响。

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