CN112596022B - 低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法 - Google Patents
低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112596022B CN112596022B CN202011328631.8A CN202011328631A CN112596022B CN 112596022 B CN112596022 B CN 112596022B CN 202011328631 A CN202011328631 A CN 202011328631A CN 112596022 B CN112596022 B CN 112596022B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- angle
- phased array
- regular hexagonal
- low
- array antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 84
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 18
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 10
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 235000003930 Aegle marmelos Nutrition 0.000 claims description 3
- 244000058084 Aegle marmelos Species 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 241000132028 Bellis Species 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本发明提供了一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，包括：所述低轨星载多波束正六边形相控阵天线为正六边形三角形栅格相控阵天线，共有三条对角线，任选两条作为测角方向，记为X方向和Y方向，在X方向和Y方向分别利用直接加权法进行一维和差测角；根据泰勒综合法及贝利斯综合法获取和波束及差波束，通过差和比获得鉴角曲线，采用分段拟合算法提升鉴角性能；利用空间几何原理及三角函数相关性质，建立二维解算模型，根据上述X方向及Y方向测角所得偏角，获得俯仰角及方位角；引入第三条对角线，构建校正方程组，并根据校正方程组的结果进行误差校正。
Description
技术领域
本发明涉及低轨星载多波束天线测向技术领域，特别涉及一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法。
背景技术
针对低轨星载多波束天线测向的需求，现有星载芯片处理能力有限，对算法复杂度有较高的限制。近期的研究热点，包括压缩采样稀疏阵列结构DOA、连续信号子空间拟合DOA等算法，以及常规的MUSIC等高分辨率DOA算法都难以同时达到低复杂度和高精度的要求。因此需要寻求符合要求的新算法。
单脉冲和差测向由于其精度高、计算复杂度低、工程实现容易的优点在测向定位领域得到了广泛关注，相控阵和差测向天线在雷达中也得到广泛的应用。初步分析应该也可符合低轨星载多波束天线测向的要求。
现阶段，单脉冲和差测向的研究主要集中在半阵法、直接加权法和双指向法等方面。其中，半阵法是一种比相测角方法，又称对称取反法，即和波束按基本波束形成方法得到，差波束权值为和波束权值对称取反。而直接加权法及双指向法为比幅测向方法，其中，直接加权法是直接对和波束和差波束分别加Taylor权和Bayliss权从而有效控制旁瓣电平，实现抗干扰。双指向法是对先形成的相互覆盖的两个基本波束的输出模值做和与差，从而形成和差波束。现有研究表明直接加权法在鉴角范围和精度以及抗噪性能上都有优势。
单脉冲和差测向在地面雷达领域得到广泛的应用，但是应用到卫星定位中，仍存在很多问题。一方面，现有和差测向算法常用于矩形阵，而针对工程中常应用的正六边形相控阵，现有算法需要将正六边形填充为13×7矩阵，效率极低。另一方面，卫星通信工作环境差，超长的传输距离以及不稳定的传输媒介使卫星通信具有低于常规雷达的信噪比，算法的稳定性和精度都会受到不同程度的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，以解决现有的单脉冲和差测向不适用于低轨星载多波束天线测向的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，包括：
所述低轨星载多波束正六边形相控阵天线为正六边形三角形栅格相控阵天线，共有三条对角线，任选两条作为测角方向，记为X方向和Y方向，在X方向和Y方向分别利用直接加权法进行一维和差测角；
根据泰勒综合法及贝利斯综合法获取和波束及差波束，通过差和比获得鉴角曲线，采用分段拟合算法提升鉴角性能；
利用空间几何原理及三角函数相关性质，建立二维解算模型，根据上述X方向及Y方向测角所得偏角，获得俯仰角及方位角；
利用空间几何原理及三角函数相关性质，引入第三条对角线，构建校正方程组，并根据校正方程组的结果进行误差校正。
可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，所述直接加权法包括：
对和波束和差波束分别选取合适的权值，控制旁瓣电平，从而达到抗旁瓣干扰的目的；
为了使和差方向图实现低副瓣电平，和波束采用泰勒综合法进行测角，差波束采用贝利斯综合法进行测角。
可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，所述泰勒综合法包括：
设阵列为均匀线阵，有N个单元，旁瓣抑制数为设计的主副瓣电平比为R0dB，阵元间距为d，则泰勒综合激励电流公式为
其中，
可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，所述贝利斯综合法包括：
设阵列为均匀线阵，有N个单元，旁瓣抑制数为则贝利斯综合激励电流公式为
其中，
式中un为外移的新零点，A和ξn与设计的主副瓣电平比R0dB有关。
可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，根据在均匀线阵和取样间隔条件下获取和差方向图和鉴角曲线包括：
均匀线阵N＝7,θ0＝0°，/>R0dB＝30，取样间隔为1°时。
可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，还包括利用鉴角曲线求解偏角，其中：
采用斜率法求解偏角，预先拟合出各引导角的斜率存入存储器，根据实际差和比求解，根据均匀线阵，取样间隔，获取不同引导角下的斜率；或
采用查表法求解偏角，直接预先产生差和比的功率表，存入存储器，应用时根据实际差和比的结果查功率表得到偏角；
得到X方向偏角θ1以及Y方向偏角θ2。
可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，当N＝7,θ0＝20°，/>R0dB＝30，取样间隔1°时，对比直接加权法的查表法鉴角曲线与线性拟合曲线及线性分段拟合曲线，通过分段提升拟合的准确性；
当均匀线阵阵元数N＝7，阵元间距旁瓣抑制数/>主副瓣电平比R0dB＝30，取样间隔1°时，引导角θ0＝20°，偏角为3°，测试次数1024时，通过分段拟合的方式评估信噪比对直接加权法测量精度的影响；
当均匀线阵，阵元数N＝7，阵元间距旁瓣抑制数/>主副瓣电平比R0dB＝30，取样间隔1°，引导角θ0＝20°时，通过对比不同偏角及信噪比情况下的角度误差，评估分段后算法误差。
可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，还包括根据X方向偏角θ1以及Y方向偏角θ2求解方位角及俯仰角θ：
OX与OY方向夹角∠XOY＝120°，信号来向为OP方向，OP在XOY面上的投影为OM，则∠POX＝θ1,∠POY＝θ2,∠ZOP＝θ；
由三余弦定理得
cos∠POX＝cos∠POM·cos∠MOX (9)
cos∠POY＝cos∠POM·cos∠MOY (10)
即
由式(11)、式(12)联立得
设来波方向不在XOY，XOZ，YOZ平面上，则求解得
当相控阵为正六边形时，∠XOY＝120°，则
可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，通过改变∠XOY的大小用于其他形状相控阵，如矩形相控阵，∠XOY＝90°则
可选的，在所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，利用空间几何原理及三角函数相关性质，引入第三条对角线，构建校正方程组，并根据校正方程组的结果进行误差校正包括：
对余下第三条对角线方向Y’方向进行一维和差测角，得到偏角θ3，以构造校正方程组；
利用X及Y’方向得到的偏角θ1、θ3求解方位角及俯仰角θ：
即
与式(11)联立得到校正方程组为
求解得
最终测角结果为
在本发明提供的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法中，通过任选正六边形三角形栅格相控阵天线对角线中的两条作为测角方向，记为X方向和Y方向，在X方向和Y方向分别利用直接加权法进行一维和差测角，根据泰勒综合法及贝利斯综合法获取和波束及差波束，通过差和比获得鉴角曲线，采用分段拟合算法提升鉴角性能，利用空间几何原理及三角函数相关性质，建立二维解算模型，根据上述X方向及Y方向测角所得偏角，获得俯仰角及方位角；引入第三条对角线，构建校正方程组，并根据校正方程组的结果进行误差校正，实现了针对低轨星载多波束正六边形相控阵天线的DOA估计(波达角估计)问题，提出了一种基于直接加权法及空间几何原理的降维和差测向算法，采用分段处理算法及误差校正处理算法改进算法测向精度。仿真验证结果表明，此算法可以在低信噪比环境下进行有效的DOA估计。
附图说明
图1是本发明一实施例37阵元正六边形相控阵示意图；
图2是本发明一实施例直接加权法和差波束方向示意图；
图3是本发明一实施例直接加权法鉴角曲线示意图；
图4是本发明一实施例二维角度解算模型示意图；
图5(a)是本发明一实施例直接加权法拟合曲线对比的线性拟合示意图；
图5(b)是本发明一实施例直接加权法拟合曲线对比的分段线性拟合示意图；
图6(a)是本发明一实施例信噪比对直接加权法测量精度的影响直接加权法示意图；
图6(b)是本发明一实施例信噪比对直接加权法测量精度的影响分段直接加权法示意图；
图7是本发明一实施例对角线方向示意图；
图8(a)是本发明一实施例改进前后鉴角误差随偏角方位角变化曲线示意图；
图8(b)是本发明一实施例改进前后鉴角误差随偏角俯仰角变化曲线示意图；
图9(a)是本发明一实施例改进前后鉴角误差随信噪比变化曲线方位角示意图；
图9(b)是本发明一实施例改进前后鉴角误差随信噪比变化曲线俯仰角示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
本发明的核心思想在于提供一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，以解决现有的单脉冲和差测向不适用于低轨星载多波束天线测向的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，包括：所述低轨星载多波束正六边形相控阵天线为正六边形三角形栅格相控阵天线，共有三条对角线，任选两条作为测角方向，记为X方向和Y方向，在X方向和Y方向分别利用直接加权法进行一维和差测角；根据泰勒综合法及贝利斯综合法获取和波束及差波束，通过差和比获得鉴角曲线，采用分段拟合算法提升鉴角性能；利用空间几何原理及三角函数相关性质，建立二维解算模型，根据上述X方向及Y方向测角所得偏角，获得俯仰角及方位角；引入第三条对角线，构建校正方程组，并根据校正方程组的结果进行误差校正。
在实际工程应用中，常采用的是正六边形三角形栅格相控阵，如图1所示，如图1所示正六边形相控阵，共有三条对角线，任选两条作为测角方向，记为X方向和Y方向，在X方向和Y方向分别利用直接加权法进行一维和差测角。其中直接加权法基本思想是对和波束和差波束分别选取合适的权值，控制旁瓣电平，从而达到旁瓣干扰的目的。为了使方向图实现低副瓣电平，通常和波束采用泰勒综合法实现，差波束采用贝利斯综合法实现。泰勒综合法包括：设阵列为均匀线阵，有N个单元，旁瓣抑制数为设计的主副瓣电平比为R0dB，阵元间距为d，则泰勒综合激励电流公式为
其中，
贝利斯综合法包括：设阵列为均匀线阵，有N个单元，旁瓣抑制数为则贝利斯综合激励电流公式为
其中，
式中un为外移的新零点，A和ξn与设计的主副瓣电平比R0dB有关，其取值如表1所示。
表1贝利斯差方向图参数A和ξn随R0dB变化的值
进一步的，鉴角曲线求解包括：以均匀线阵N＝7,θ0＝0°，/> R0dB＝30，取样间隔为1°时为例，此时和差方向图和鉴角曲线如图2、图3所示。利用鉴角曲线求解偏角的方法有两种，一是斜率法，即预先拟合出各引导角的斜率存入存储器，根据实际差和比求解，以均匀线阵N＝7,/>R0dB＝30，取样间隔为1°时为例，此时不同引导角下的斜率如表2所示。
表2直接加权法法斜率表
| 引导角(°) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
| 直接加权法 | 0.7333 | 0.7194 | 0.6791 | 0.6158 | 0.5343 | 0.4395 | 0.3357 |
二是查表法，即直接预先产生差和比的功率表，存入存储器，应用时根据实际差和比的结果查功率表得到偏角。得到X方向偏角θ1以及Y方向偏角θ2。
具体的，二维角度解算包括：根据上述方法所得两个方向的偏角θ1、θ2求解方位角及俯仰角θ，求解模型如图4所示。如图4所示的示意图，OX与OY方向夹角∠XOY＝120°，信号来向为OP方向，OP在XOY面上的投影为OM。则可得∠POX＝θ1,∠POY＝θ2,/>∠ZOP＝θ。由三余弦定理可得
cos∠POX＝cos∠POM·cos∠MOX (9)
cos∠POY＝cos∠POM·cos∠MOY (10)
即
由式(11)、式(12)联立可得
设来波方向不在XOY，XOZ，YOZ平面上，则求解可得
当相控阵为如图1所示正六边形时，∠XOY＝120°，则
此算法也可通过改变∠XOY的大小用于其他形状相控阵，如矩形相控阵，∠XOY＝90°，则
在本发明的一个实施例中，算法优化包括鉴角曲线分段处理，为了提升一维和差测角鉴角性能，采用了分段拟合的算法。如图5(a)、(b)所示为当N＝7,θ0＝20°，R0dB＝30，取样间隔1°时，直接加权法的查表法鉴角曲线与线性拟合曲线及线性分段拟合曲线的对比图，通过分段使拟合的准确性得到了明显提升。
如图6(a)、(b)所示为当均匀线阵阵元数N＝7，阵元间距旁瓣抑制数主副瓣电平比R0dB＝30dB，取样间隔1°，引导角θ0＝20°,偏角为3°，测试次数1024时，信噪比对直接加权法测量精度的影响，通过分段拟合的方式，使算法更加适用于低信噪比的环境中。
表3和表4所示，为均匀线阵，阵元数N＝7，阵元间距旁瓣抑制数/>主副瓣电平比R0dB＝30dB，取样间隔1°，引导角θ0＝20°时不同偏角及信噪比情况下的角度误差，通过对比可以看出分段后算法误差有了显著降低。
表3直接加权法角度误差
表4分段直接加权法角度误差
在本发明的一个实施例中，误差校正处理包括：由式(13)所示公式求解在实际应用中，由于低信噪比的影响，会使鉴角结果产生误差。为了进一步提高算法精度，利用空间几何原理及三角函数相关性质，引入第三条对角线，构建校正方程组，并根据结果进行误差校正。为了构造校正方程组，如图7所示，对余下第三条对角线方向Y’方向进行一维和差测角，得到偏角θ3。利用X及Y’方向得到的偏角θ1、θ3根据1.2节所述算法，可得
即
与式(11)联立可得校正方程组为
求解可得
理论上，式(13)与式(19)求解结果应完全相等，但是实际工程中，低信噪比环境会导致误差，式(13)及式(19)结果不会完全相等，因此对上述两组结果进行平均可以进一步减小误差，即最终测角结果为
本发明的仿真试验及结果分析如下：进行算法改进前后的精度对比，设阵元分布如图1所示，37阵元正六边形三角形栅格相控阵，阵元间距为半波长，信噪比为0dB，旁瓣抑制数为5，主副瓣电平比为30，取样间隔1°，测试次数为1024次。
表5算法改进前后误差对比
如表5所示，通过鉴角曲线分段处理及误差校正处理，使测角精度在不同引导角，不同偏角情况下均有了提升，尤其是在9°大偏角情况下，测角精度提升显著，一定程度内扩大了鉴角范围。在0dB环境下，通过改进，使误差稳定控制在1°内，能够进行有效的DOA估计，具有一定的工程应用价值。
另外，仿真鉴角误差随偏角角度变化曲线，设阵元分布如图1所示，37阵元正六边形三角形栅格相控阵，阵元间距为半波长，信噪比为0dB，旁瓣抑制数为5，主副瓣电平比为30，引导角为(40°，20°)，进行1024次测试。如图8(a)、(b)所示，改进后算法的鉴角误差明显降低，在不同偏角情况下，误差稳定不超过0.6°，优于改进前。因此可以表明，在偏角不超过10°内改进后的算法可以进行有效的DOA估计。
仿真鉴角误差随信噪比变化曲线包括：设阵元分布如图1所示，37阵元正六边形三角形栅格相控阵，阵元间距为半波长，旁瓣抑制数为5，主副瓣电平比为30，引导角为(40°，20°)，偏角为3°，进行1024次测试。如图9(a)、(b)所示，改进后算法的鉴角误差明显降低，当信噪比大于-5dB时，误差稳定控制在0.7°内；当信噪比大于等于0dB时，误差稳定控制在0.55°以内。因此仿真结果表明，改进后的算法在不低于-5dB的低信噪比的环境中可以进行有效的DOA估计。
综上所述，本发明研究了基于低轨星载多波束正六边形相控阵天线的和差测向问题，提出了一种适用于正六边形相控阵的降维处理算法，并对算法提出了优化方案，仿真结果验证了算法的有效性及实用性，对工程应用有一定的参考意义。
本发明整体算法分为两步：第一步为利用直接加权法的一维和差测角算法，第二步为利用空间几何原理的二维解算算法。本发明的创新点在于：一，针对利用直接加权法的一维和差测角算法的改进，通过利用分段处理方法对一维和差测角算法中的鉴角曲线进行优化，提高测角精度；二，针对利用空间几何原理的二维解算算法的改进，通过引入第三条对角线建立校正方程组，对由低信噪比环境导致的测角误差进行校正，降低低信噪比的迎新啊个，提高测角精度。整体算法思路是，目标为二维空间的两个角，俯仰角和方位角，先通过一维测角获得两个一维方向的角，然后通过二维解算模型得到俯仰角和方位角。即空间立体几何中，先获得已知两个角，求另两个角的过程。
综上，上述实施例对低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，其特征在于，包括：
所述低轨星载多波束正六边形相控阵天线为正六边形三角形栅格相控阵天线，共有三条对角线，任选两条作为测角方向，记为X方向和Y方向，在X方向和Y方向分别利用直接加权法进行一维和差测角；
采用分段拟合算法提升鉴角性能；
利用空间几何原理及三角函数相关性质，建立二维解算模型，根据上述一维和差测角中X方向及Y方向所得偏角，获得俯仰角及方位角；
在所述二维解算模型中，引入第三条对角线，构建校正方程组，并根据校正方程组的结果进行误差校正。
2.如权利要求1所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，其特征在于，所述直接加权法包括：
对和波束和差波束分别选取合适的权值，控制旁瓣电平，从而达到抗旁瓣干扰的目的；
为了使和差方向图实现低副瓣电平，和波束采用泰勒综合法进行测角，差波束采用贝利斯综合法进行测角；
所述一维和差测角根据泰勒综合法及贝利斯综合法获取和波束及差波束，通过差和比获得鉴角曲线。
3.如权利要求2所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，其特征在于，所述泰勒综合法包括：
设阵列为均匀线阵，有N个单元，旁瓣抑制数为设计的主副瓣电平比为R0dB，阵元间距为d，则泰勒综合激励电流公式为
其中，
4.如权利要求2所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，其特征在于，所述贝利斯综合法包括：
设阵列为均匀线阵，有N个单元，旁瓣抑制数为则贝利斯综合激励电流公式为
其中，
式中un为外移的新零点，A和ξn与设计的主副瓣电平比R0dB有关。
5.如权利要求1所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，其特征在于，根据均匀线阵和取样间隔获取和差方向图和鉴角曲线包括：
均匀线阵N＝7,θ0＝0°，/>R0dB＝30，取样间隔为1°时，其中N为均匀线阵的单元数，旁瓣抑制数为/>设计的主副瓣电平比为R0dB，阵元间距为d，引导角为θ0。
6.如权利要求5所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，其特征在于，还包括利用鉴角曲线求解偏角，其中：
采用斜率法求解偏角，预先拟合出各引导角的斜率存入存储器，根据实际差和比求解，根据均匀线阵，取样间隔，获取不同引导角下的斜率；或
采用查表法求解偏角，直接预先产生差和比的功率表，存入存储器，应用时根据实际差和比的结果查功率表得到偏角；
得到X方向偏角θ1以及Y方向偏角θ2。
7.如权利要求6所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，其特征在于，
当N＝7,θ0＝20°，/>R0dB＝30，取样间隔1°时，对比直接加权法的查表法鉴角曲线与线性拟合曲线及线性分段拟合曲线，通过分段提升拟合的准确性；
当均匀线阵阵元数N＝7，阵元间距旁瓣抑制数/>主副瓣电平比R0dB＝30dB，取样间隔1°时，引导角θ0＝20°，偏角为3°，测试次数1024时，通过分段拟合的方式评估信噪比对直接加权法测量精度的影响；
当均匀线阵阵元数N＝7，阵元间距旁瓣抑制数/>主副瓣电平比R0dB＝30dB，取样间隔1°，引导角θ0＝20°时，通过对比不同偏角及信噪比情况下的角度误差，评估分段后算法误差。
8.如权利要求7所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，其特征在于，还包括根据X方向偏角θ1以及Y方向偏角θ2求解方位角及俯仰角θ：
OX与OY方向夹角∠XOY＝120°，信号来向为OP方向，OP在XOY面上的投影为OM，则∠POX＝θ1,∠POY＝θ2,∠ZOP＝θ；
由三余弦定理得
cos∠POX＝cos∠POM·cos∠MOX (9)
cos∠POY＝cos∠POM·cos∠MOY (10)
即
由式(11)、式(12)联立得
设来波方向不在XOY，XOZ，YOZ平面上，则求解得
当相控阵为正六边形时，∠XOY＝120°，则
9.如权利要求8所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，其特征在于，通过改变∠XOY的大小用于其他形状相控阵，如矩形相控阵，∠XOY＝90°，则
10.如权利要求1所述的低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法，其特征在于，利用空间几何原理及三角函数相关性质，引入第三条对角线，构建校正方程组，并根据校正方程组的结果进行误差校正包括：
对余下第三条对角线方向Y’方向进行一维和差测角，得到偏角θ3，以构造校正方程组；
利用X及Y’方向得到的偏角θ1、θ3求解方位角及俯仰角θ：
即
与式(11)联立得到校正方程组为
求解得
最终测角结果为
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011328631.8A CN112596022B (zh) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | 低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011328631.8A CN112596022B (zh) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | 低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112596022A CN112596022A (zh) | 2021-04-02 |
| CN112596022B true CN112596022B (zh) | 2023-09-22 |
Family
ID=75183872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011328631.8A Active CN112596022B (zh) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | 低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112596022B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117075034A (zh) * | 2021-07-05 | 2023-11-17 | 中国科学院微小卫星创新研究院 | 一种基于干涉仪的微弱目标信号的测向方法 |
| CN113777415B (zh) * | 2021-08-24 | 2024-05-07 | 中电科思仪科技股份有限公司 | 一种基于相位和-差法的天线罩测试电轴快速对准的方法 |
| CN113777414B (zh) * | 2021-08-24 | 2024-04-26 | 中电科思仪科技股份有限公司 | 基于相位和-差法的相控阵天线测试机械调平装置及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2657015Y (zh) * | 2003-08-19 | 2004-11-17 | 中国人民解放军武汉军械士官学校光电技术研究所 | 正六边形角反射器密接布阵合作目标 |
| CN102565790A (zh) * | 2012-01-02 | 2012-07-11 | 西安电子科技大学 | 平面相控阵自适应的和差测角方法 |
| CN103022699A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-04-03 | 北京理工大学 | 星载反射面稀疏相控阵多波束天线 |
| CN105372648A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-02 | 中国空空导弹研究院 | 一种基于多波束信号的角度搜索方法 |
| CN109669178A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-23 | 中国航天科工集团八五研究所 | 一种星载三阵元单脉冲两维测向方法 |
-
2020
- 2020-11-24 CN CN202011328631.8A patent/CN112596022B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2657015Y (zh) * | 2003-08-19 | 2004-11-17 | 中国人民解放军武汉军械士官学校光电技术研究所 | 正六边形角反射器密接布阵合作目标 |
| CN102565790A (zh) * | 2012-01-02 | 2012-07-11 | 西安电子科技大学 | 平面相控阵自适应的和差测角方法 |
| CN103022699A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-04-03 | 北京理工大学 | 星载反射面稀疏相控阵多波束天线 |
| CN105372648A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-02 | 中国空空导弹研究院 | 一种基于多波束信号的角度搜索方法 |
| CN109669178A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-23 | 中国航天科工集团八五研究所 | 一种星载三阵元单脉冲两维测向方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Sum and difference beamforming for angle-doppler estimation with STAP-based radars;Jingwei Xu et al.;《IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems》;第52卷(第6期);第2825-2837页 * |
| 单脉冲和差波束及测角方法研究;孙海浪 等;《航天电子对抗》;第28卷(第1期);第42-44页 * |
| 基于非均匀子阵的双和/三差通道同时抑制主副瓣干扰;孙晨伟 等;《电子学报》;第47卷(第4期);第907-914页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112596022A (zh) | 2021-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112596022B (zh) | 低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法 | |
| CN108508423B (zh) | 基于异型阵的子阵数字和差单脉冲测角方法 | |
| US7859451B2 (en) | Method and system for monopulse radar target angle determination | |
| CN103235292B (zh) | 平面相控阵调零保形校正的全维和差测角方法 | |
| CN107976660B (zh) | 弹载多通道雷达超低空目标分析与多径回波建模方法 | |
| CN104237844B (zh) | 基于相位补偿的分布式米波平面阵列雷达方位角测量方法 | |
| US9279884B2 (en) | Method and device for estimating direction of arrival | |
| CN111624565B (zh) | 大型共形相控阵系统多区域联合波束跟踪方法 | |
| CN110673086A (zh) | 一种基于数字阵列雷达的二维角度超分辨方法 | |
| CN107919535B (zh) | 一种基于定向双圆阵的立体阵列天线及其构建方法 | |
| CN106707250B (zh) | 基于互耦校正的雷达阵列自适应波束形成方法 | |
| CN106855622A (zh) | 一种子阵级相控阵雷达的测角方法 | |
| CN112612010A (zh) | 一种基于波瓣分裂预处理的米波雷达低仰角测高方法 | |
| CN109271735B (zh) | 基于量子启发式引力搜索算法的阵列方向图综合方法 | |
| CN108490428B (zh) | 一种用于抗主瓣干扰的降维子阵比相跟踪测角方法 | |
| CN111257863B (zh) | 一种高精度多点线性约束的自适应单脉冲测向方法 | |
| CN106990385B (zh) | 基于最小冗余线阵的非均匀面阵设计方法 | |
| CN109541557B (zh) | 一种雷达天线保护通道生成方法 | |
| CN111812607A (zh) | 基于波束空间的米波mimo雷达低仰角估计方法 | |
| CN112147593A (zh) | 一种高速密集爆炸物破片目标的四维参数估计方法 | |
| CN111398907A (zh) | 一种相控阵雷达空域二维数字差波束形成方法 | |
| RU2392634C1 (ru) | Способ определения направлений на источники излучения и углового разрешения источников | |
| CN111123250B (zh) | 基于模式搜索算法的脉冲多普勒雷达和波束形成方法 | |
| Pedenko | Radar elevation angles measurements of low-altitude targets over the sea by root-MUSIC method under interference from multipath and thermal noise of direction finder | |
| Chen et al. | Space-time adaptive monopulse based on space-time uniform constraint |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |