CN115407804B - 时变波束赋形的低仰角跟踪方法及设备 - Google Patents

时变波束赋形的低仰角跟踪方法及设备 Download PDF

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Abstract

一种时变波束赋形的低仰角跟踪方法及设备，方法包括：跟踪目标设备，获取目标设备的空间仰角以及空间距离，确定目标设备从正常区域进入目标区域，目标区域的最大仰角E1为3θ0~5θ0，θ0为天线3dB波束宽度；根据空间仰角以及空间距离，调整天线工作的子阵或阵元，对天线波束进行赋形，使天线波束宽度匹配空间仰角，且天线增益大于或等于最小天线增益，以持续跟踪目标设备；其中，最小天线增益根据空间距离计算得到，空间距离越小，最小天线增益越小。本申请能够提高地面测控设备在目标区域对目标设备的跟踪能力。

Description

时变波束赋形的低仰角跟踪方法及设备
技术领域
本发明涉及无线电测量技术领域，具体涉及一种时变波束赋形的低仰角跟踪方法、地面测控设备、终端设备以及存储介质。
背景技术
在高速低飞目标触地前的测量任务中，由于目标飞行速度快、飞行高度低、地面设备布站近，角动态很高，当目标落地时，地面测控设备将处于低仰角甚至负仰角工作状态。
当地面测控设备工作在低仰角至负仰角区域时，由于无线电信号传输受多径和地杂波影响，设备提取的角误差信号不能准确反映目标位置信息（特别是俯仰方向），导致天线在俯仰方向的跟踪抖动大甚至跟丢目标，从而不能有效接收目标触地前的信号。
因此，地面测控设备在低仰角区域对目标设备的跟踪能力不足。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是地面测控设备在低仰角区域对目标设备的跟踪能力不足的技术问题。
根据第一方面，一种实施例中提供一种时变波束赋形的低仰角跟踪方法，应用于地面测控设备，地面测控设备包括有限相控阵天线，天线包括多个子阵，每个子阵包括多个阵元，方法包括：
目标获取步骤、跟踪目标设备，获取目标设备的空间仰角以及空间距离，确定目标设备从正常区域进入目标区域，目标区域的最大仰角E1为3θ0~5θ0，θ0为天线3dB波束宽度；
波束调整步骤、根据空间仰角以及空间距离，调整天线工作的子阵或阵元，对天线波束进行赋形，调整天线增益以产生匹配空间仰角的波束宽度，并使调整后的天线增益大于或等于最小天线增益，以持续跟踪目标设备；其中，最小天线增益根据空间距离计算得到，空间距离越小，最小天线增益越小。
一种实施例中，目标区域划分为至少两个连续的目标子区域，目标子区域的最大仰角对应为Ei，i=1,…n，n为大于等于2的整数，Ei>Ei+1；第i个目标子区域的仰角范围为Ei+1~Ei；
天线在对应所有目标子区域产生多个波束宽度θi，每个波束宽度θi满足Ei-θi<Ei+1，以使得天线在相邻的两个目标子区域产生波束覆盖区域具有重叠部分。
一种实施例中，目标设备在第i+1个目标子区域的空间距离小于在第i个目标子区域的空间距离；
天线在第i+1个目标子区域的天线增益小于在第i个目标子区域的天线增益，以使得天线在第i+1个目标子区域的波束宽度大于在第i个目标子区域的波束宽度。
一种实施例中，波束调整步骤包括：
获取目标设备在每个目标子区域的最大空间距离，计算目标设备在每个目标子区域的最小天线增益；
根据目标设备的空间仰角确定目标设备进入第i个目标子区域，根据第i个目标子区域的最小天线增益，调整天线增益，产生匹配第i个目标子区域的波束宽度θi；
跟踪目标设备，更新目标设备的空间仰角以及空间距离；
根据目标设备的空间仰角确定目标设备进入第i-1个或第i+1个目标子区域，根据第i-1个或第i+1个目标子区域的最小天线增益，增大或减小天线增益，产生匹配第i-1个或第i+1个目标子区域的波束宽度θi-1或θi+1；
持续跟踪目标设备，重复上述步骤，直至目标设备离开目标区域。
一种实施例中，目标设备按照预设的运动轨迹沿高度方向自上而下或自下而上经过目标区域；
跟踪方法在目标获取步骤之前，还包括：
区域划分步骤、根据运动轨迹确定目标区域的最小仰角Emin以及目标设备在运动轨迹中的空间距离；
根据最小仰角Emin以及天线3dB波束宽度θ0，确定目标区域；
根据目标设备在运动轨迹中的空间距离，确定目标设备在运动轨迹中对应需要的最小天线增益，确定天线的波束需被赋形的范围；
确定天线的波束需被赋形次数以及目标区域划分为目标子区域的划分情况。
一种实施例中，当目标设备位于第i个目标子区域时，天线的俯仰轴指向角度为Ei-θi/2。
一种实施例中，目标设备为飞行设备。
根据第二方面，一种实施例中提供一种地面测控设备，包括有限相控阵天线、机械机构以及控制器，天线包括多个子阵，每个子阵包括多个阵元；
机械机构用于驱动天线绕方向轴以及俯仰轴转动；
控制器用于通过天线以及机械机构跟踪目标设备，获取目标设备的空间仰角以及空间距离，确定目标设备从正常区域进入目标区域，目标区域的最大仰角E1为3θ0~5θ0，θ0为天线3dB波束宽度；根据空间仰角以及空间距离，调整天线工作的子阵或阵元，对天线的波束进行赋形，产生匹配空间仰角的波束宽度，并使调整后的天线增益大于或等于最小天线增益，以持续跟踪目标设备；其中，最小天线增益根据空间距离计算得到，空间距离越小，最小天线增益越小。
根据第三方面，一种实施例中提供一种终端设备，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于通过执行存储器存储的程序以实现如第一方面所描述的方法。
根据第四方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，一种实施例中，介质上存储有程序，程序能够被处理器执行以实现如第一方面所描述的方法。
依据上述实施例的跟踪方法、地面测控设备、终端设备以及存储介质，通过即时获取目标设备的空间仰角以及空间距离，调整天线工作的子阵或阵元，以获得匹配当前空间仰角的波束宽度，在目标设备越靠近天线时采用越宽的波束，随着目标设备逐渐落地，扩大波束宽度覆盖目标设备所在空域，以实现在低仰角的目标区域稳定接收目标设备的信号、稳定跟踪目标设备，提高跟踪能力。
附图说明
图1为一种实施例的地面测控设备的结构示意图；
图2为一种实施例的地面测控设备的结构示意图；
图3为一种实施例的目标设备的运动轨迹示意图；
图4为一种实施例的区域划分示意图；
图5为一种实施例的跟踪方法的流程图；
图6为一种实施例的有限相控阵天线的示意图；
图7为一种实施例的波束覆盖示意图；
图8为一种实施例的跟踪方法的流程图。
附图标记：10-天线；20-机械机构；30-控制器。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
现有的地面测控设备对目标设备的跟踪方式可以分为以下几种：
1、采用宽波束或全向天线等待接收高速飞行目标触地前的信号，则当目标落点散布范围大，实际飞行轨迹偏离理论值较大时，可能出现地面测控设备受限于宽波束天线的增益导致作用距离不够的情况；另一方面，高频段（如Ka频段以上）宽波束天线的增益起伏较大，部分方向可能出现较深凹点，难以形成全向覆盖。
2、采用抛物面天线跟踪触地前的目标，在低仰角至负仰角弧段，信号受多径和地杂波影响，难以稳定跟踪目标。
3、采用球面相控阵天线跟踪触地前的目标，通过电轴扫描实现全弧段覆盖。当工作频段较高（如Ka频段以上）时，球面相控阵天线所需的天线阵元和收发组件数量庞大，设备建设成本很高。
在本申请中，鉴于现有技术完成高速低飞目标触地前测量任务存在以上不足，本申请提出了基于有限相控阵天线时变波束赋形技术的低仰角跟踪方法，可解决目标低仰角甚至负仰角跟踪难题。利用相控阵天线波束赋形能力，当目标设备在低仰角和负仰角区域时，地面测控设备距离目标设备越来越近，可逐步减小相控阵天线规模以形成越来越宽的俯仰波束，覆盖低仰角至负仰角的任务弧段，完成该弧段的信号接收任务。
需要说明的是，在本申请中，目标设备可以为飞行设备，例如是飞机、飞船、再入飞行器等设备。本申请提供的跟踪方法尤其是针对于高速低飞的目标设备在触地前的跟踪。
如图1与图2所示，一种实施例中提供一种地面测控设备，可以包括有限相控阵天线10（简称为天线）、机械机构20以及控制器30。
如图6所示，天线10可以包括多个子阵，每个子阵可以包括多个阵元；控制器30可以控制天线10中各子阵或阵元是否工作，调整天线增益，以形成不同宽度的波束。例如，一个方格代表一个子阵，一个方格被虚线划分为四个阵元，如图6所示，相控阵天线10可以包括16个子阵（A、B…），每个阵元可以包括四个阵元（1、2、3、4）。
机械机构20用于驱动天线10绕方向轴以及俯仰轴转动；例如，方向轴为图2上的上下方向，俯仰轴为垂直图2的方向。本申请并未对机械机构进行具体的限制，采用可用的地面测控设备的机械机构即可。
控制器30用于执行跟踪方法，通过天线10以及机械机构20跟踪目标设备，获取目标设备的空间仰角以及空间距离，调整天线10的增益以及波束宽度。
下面针对地面测控设备实施跟踪方法进行展开说明，本申请以目标设备逐步靠近地面测控设备并低飞触地的场景为例对跟踪方法进行说明，但并不是显示目标设备在目标区域中的实际飞行轨迹，目标设备也可以从地面起飞后经过并离开目标区域。
如图3与图5所示，一种实施例中提供一种跟踪方法，应用于地面测控设备，方法可以包括：
目标获取步骤、跟踪目标设备，获取目标设备的空间仰角以及空间距离，确定目标设备从正常区域进入目标区域，目标区域的最大仰角E1可以为3θ0~5θ0，θ0为天线3dB波束宽度。
一些实施例中，目标区域可以包括低仰角区域以及负仰角区域，低仰角区域的仰角范围可以定义为0°~E1，负仰角区域的仰角范围可以定义为Emin~0°。正常区域的仰角范围可以定义为E1~90°。一些实施例中，目标高速低飞并触地的过程中，至少途径正常区域与目标区域，在正常区域飞行的过程中，目标设备可以被天线10稳定持续跟踪，并可以获取到目标设备的空间仰角以及空间距离。以上区域的定义具体需要根据目标设备的角动态、天线10电扫能力、目标设备的空间距离等因素，将任务弧段按目标设备的空间仰角划分。一些实施例中，当目标仰角大于3θ0（θ0为天线3dB波束宽度）时，可稳定跟踪目标。由此可确定低仰角区域的最大仰角E1=3θ0，可保守地取3θ0~5θ0。
波束调整步骤、根据空间仰角以及空间距离，调整天线10工作的子阵或阵元，对天线10的波束进行赋形，产生匹配空间仰角的波束宽度，并使调整后的天线10的增益大于或等于最小天线增益，以持续跟踪目标设备；其中，最小天线增益根据空间距离计算得到，空间距离越小，最小天线增益越小。
随着目标设备靠近地面测控设备，空间距离越近，高度变化带来的仰角变化越大，通过调整天线10的增益，在目标设备越靠近时采用越小的天线增益，以更大的波束宽度覆盖空域，以保证目标设备始终在波束覆盖范围内，实现稳定的跟踪与信号接收。换而言之，在目标设备的空间仰角越来越低的过程中，逐渐减少天线10激活的子阵/阵元的数量，形成越来越宽的俯仰波束，覆盖低仰角至负仰角的任务弧段，实现该空域的目标信号接收。
一些实施例中，控制器30可以是通过天线10即时获取目标设备的空间仰角以及空间距离，不断调整天线10的增益和波束宽度；也可以是在一定范围内采用同一天线增益，避免波束频繁切换问题，提高系统可靠性。
一些实施例中，如图3至图5所示，跟踪方法还可以包括区域划分步骤，用于对目标区域进行划分，区域划分步骤可以包括：
获取目标设备的最小仰角Emin以及天线3dB波束宽度θ0，确定目标区域；由于目标设备需要在指定的地点触地，必然可以提前确定目标设备触地时的仰角，以此得到目标区域的最小仰角Emin。再根据天线3dB波束宽度θ0确定最大仰角E1，由此可以得到目标区域的仰角范围Emin~E1。
对目标区域进行划分，得到多个目标子区域。一些实施例中，目标子区域的划分规则可以是人为划分，当目标设备具有预设的运动轨迹时，划分规则可以是依据运动轨迹划分。
一种实施例中，如图4所示，目标区域可以划分为至少两个连续的目标子区域，目标子区域的最大仰角对应为Ei，i=1,…n，n为大于等于2的整数，Ei>Ei+1；第i个目标子区域的仰角范围为Ei+1~Ei；在本申请实施例中，可以以i=3为例进行说明。
如图7所示，天线10在对应所有目标子区域产生多个波束宽度θi，每个波束宽度θi满足Ei-θi<Ei+1，以使得天线10在相邻的两个目标子区域产生波束具有重叠区域。
一种实施例中，对应目标设备采用逐步靠近天线10，且逐步下降的应用场景，目标设备在第i+1个目标子区域的空间距离小于在第i个目标子区域的空间距离；天线10在第i+1个目标子区域的天线增益小于在第i个目标子区域的天线增益，以使得天线10在第i+1个目标子区域的波束宽度大于在第i个目标子区域的波束宽度。由此，基于目标设备跟天线10的距离是逐步缩小的，才能在目标设备的空间仰角变小时，减小天线增益，扩大波束宽度。
如图3所示，目标设备按照预设的运动轨迹沿高度方向自上而下或自下而上经过目标区域，本申请实施例以自上而下为例说明；区域划分步骤可以对应包括：
步骤1.1、根据运动轨迹确定目标区域的最小仰角Emin以及目标设备在运动轨迹中的空间距离，获取天线3dB波束宽度θ0。
步骤1.2、根据最小仰角Emin以及天线3dB波束宽度θ0，确定目标区域。
步骤1.3、据目标设备在运动轨迹中的空间距离，确定目标设备在运动轨迹中对应需要的最小天线增益，确定天线10的波束需被赋形的范围。当具有确定的运动轨迹后，即可提前获知目标设备在各个仰角与天线10的距离，合理的控制天线增益的调整范围即可保证大于最小天线增益的需求。由此可以提前计算出天线10的波束需被赋形的范围。
确定天线10的波束需被赋形次数以及目标区域划分为目标子区域的划分情况。实际上，以确定间隔时间，可以获得运动轨迹上每个运动点对应的空间角度以及空间距离，从而每个点都可以进行对应的天线增益调整，形成连续的多个波束宽度覆盖的区域，随后根据各个波束宽度重叠的空域进行去重，保留合理数量的目标子区域。也就是说，如图7所示，E2至E1之间还可以再划分出一个或多个目标子区域，但是这些再划分的目标子区域对应的波束宽度覆盖的空域，与只采用一个波束宽度θ1覆盖的区域的范围并没有扩大很多，再次划分的必要性并不明显。
在以上基础上，一种实施例中，波束调整步骤可以包括：
步骤3.1、获取目标设备在每个目标子区域的最大空间距离，计算目标设备在每个目标子区域的最小天线增益。
步骤3.2、根据目标设备的空间仰角确定目标设备进入第i个目标子区域，根据第i个目标子区域的最小天线增益，调整天线10的增益，产生匹配第i个目标子区域的波束宽度θi。
步骤3.3、跟踪目标设备，更新目标设备的空间仰角以及空间距离。
步骤3.4、根据目标设备的空间仰角确定目标设备进入第i-1个或第i+1个目标子区域，根据第i-1个或第i+1个目标子区域的最小天线增益，增大或减小天线10的增益，产生匹配第i-1个或第i+1个目标子区域的波束宽度θi-1或θi+1。
步骤3.5、持续跟踪目标设备，重复上述步骤，直至目标设备离开目标区域。
通过实施例的波束调整步骤，依据预设好的运动轨迹，提前进行了目标子区域的划分以及需要的天线增益的计算，在实际目标设备进入目标区域后，只需要获取目标设备的即时空间仰角，就可以对天线10的增益进行调整，产生匹配的波束宽度，无需根据即时的空间距离进行增益计算，也可适用于不能即时获取空间距离的地面测控设备。
一种实施例中，当目标设备位于第i个目标子区域时，天线10的俯仰轴指向角度可以为Ei-θi/2，其目标为了保证相邻的两个目标子区域对应的波束宽度具有重叠的区域。一种实施例中，目标设备为飞行设备。
一些实施例中，如图6至图8所示，在目标触地前，地面测控设备采用正常跟踪模式，随着目标持续飞行，目标设备的空间距离越来越近，其空间仰角越来越低。当空间仰角E逐渐降低至E<E1时，表明目标设备进入目标区域，转入低仰角跟踪模式，相控阵天线10激活的子阵数逐渐减小，形成的俯仰波束逐步扩宽。在波束展宽的过程中，天线增益逐渐降低，但仍需满足作用距离要求，也就是满足最小天线增益的需求。以附图6所示的4×4子阵组成的相控阵天线10为例，低仰角跟踪模式下天线10可采用如下的跟踪方法：
(1) 当空间仰角低于E1时，利用位于阵面中心的A、B、C、D、E、F、G、H八个子阵形成一个宽波束θ1，与整个阵面相比天线增益下降约3dB， 俯仰3dB波束宽度扩展到2倍。
(2) 随着目标设备继续飞行，空间仰角低于某个值E2（E2＜E1）时，利用A、B、C、D四个子阵形成一个宽波束θ2，与θ1相比，俯仰波束宽度扩展了2倍，天线增益下降约3dB。
(3) 随着目标继续飞行，仰角低于某个值E3（E3＜E2）时，利用子阵B的两个阵元3、4和子阵C的两个阵元3、4形成一个宽波束θ3，与θ2相比,俯仰波束宽度扩展了2倍，天线增益下降约3dB。
当目标仰角较低时，在目标逐渐逼近的过程中，通过逐步减少子阵/阵元数量的方式对天线10波束重新赋形。天线10方位轴采用自跟踪方式，天线10机械俯仰轴固定在Ei-θi/2（i=1,2,3）保持不动，电波束俯仰角指向法线方向，这样系统俯仰轴以宽波束覆盖从Ei~ Ei-θi的范围区间，完成目标信号接收任务。
低仰角跟踪模式下跟踪方法流程图如附图8所示。俯仰方向时变波束覆盖情况如附图3所示。为了实现俯仰方向的无缝覆盖，Ei, θi需满足以下约束关系：
(1)Ei> Ei+1；(2)Ei-θi< Ei+1；(3) E3-θ3小于任务弧段的最小仰角（即Emin）。
下面用一个具体案例详细阐述本申请的跟踪方法。
目标设备飞行高度小于5km，飞行速度2.5Ma。地面测控设备需完成从目标设备距离20km至目标设备触地整个弧段的信号接收，目标设备触地时距离为2.5km。地面设备采用有限相控阵天线10，方位电扫范围为-5°～5°，俯仰电扫范围为-5°～5°，方位机械轴工作范围-360°～360°，俯仰机械轴工作范围-2°~90°。
如图7所示，设定天线3dB波束宽度约为1°，由此确定目标区域的最大仰角E1=5°。当目标设备的空间仰角小于5°时，地面测控设备转入低仰角跟踪模式。
首先利用位于阵面中心的A、B、C、D四个子阵形成一个宽波束，3dB俯仰波束宽度θ1=2.5°，天线增益与整个阵面相比下降约4dB，天线10方位轴采用自跟踪方式，天线10机械俯仰轴固定在3.8°保持不动，电波束俯仰角指向法线方向，波束可覆盖的俯仰角范围为5°~2.5°。
当空间仰角降至E2=2.6°时，利用A、B两个子阵形成一个宽波束，3dB俯仰波束宽度θ2=4.9°，天线增益与整个阵面相比下降约7dB，天线10方位轴采用自跟踪方式，天线10机械俯仰轴固定在0.2°保持不动，电波束俯仰角指向法线方向，波束可覆盖的仰角范围为2.6°~-2.3°。
当空间仰角降至E2=-2.2°时，利用子阵A的两个阵元3、4和子阵B的两个阵元3、4形成一个宽波束，3dB俯仰波束宽度为θ3=9.8°，天线增益与整个阵面相比下降约10dB，天线10方位轴采用自跟踪方式，天线10机械俯仰轴固定在-2°保持不动，电波束俯仰角指向法线方向，可接收仰角小于-2.2°区间的目标设备信号。如果任务弧段最小仰角大于-2.3°，则不做第三次波束赋形。这里Ei+1取值比Ei-θi大0.1°，是为了使θi与θi+1空间覆盖区域有重叠，确保在波束重新赋形过程中信号稳定接收。
在另一个实施例中，当目标设备进入目标区域（E<5°）时，转入低仰角跟踪模式：首先对相控阵天线10进行赋形形成一个宽波束θ1=2.5°，天线10机械俯仰轴固定在3.8°保持不动，天线10方位轴采用自跟踪方式（电轴跟踪复合机械轴随动）；当仰角降至E2=2.6°时，重新对相控阵天线10进行赋形形成一个宽波束θ2=4.9°，天线10机械俯仰轴固定在0.2°保持不动，天线10方位轴跟踪目标设备；当仰角降至E2=-2.2°时，再次对相控阵天线10进行赋形形成一个宽波束θ3=9.8°，天线10机械俯仰轴固定在-2°保持不动，接收仰角小于-2.2°区间的目标设备信号，直至信号消失，完成任务。
一些实施例中，若目标设备并无固定的飞行轨迹，但是在目标区域飞行的过程中，依旧可以采用本申请提供的跟踪方法进行跟踪，在目标区域飞行时，根据实际的空间距离，确定天线增益是否可以进行减小，确定可以减小即可扩宽波束宽度来提高接收信号的稳定性，提高跟踪质量，在不可以减小增益的空间距离，采用原有的天线增益即可，可见采用本申请提供的跟踪方法，在满足空间距离的条件下，均可以产生正面的效果，提高跟踪质量。
采用本申请提供的跟踪方法以及地面测控设备，与采用宽波束天线等待接收技术相比，本发明可获得更大作用距离、更全空域覆盖，适用范围更广。与采用抛物面天线跟踪目标技术相比，本发明可解决抛物面天线低仰角跟踪难题，实现高动态目标低仰角稳定跟踪。与采用球面相控阵天线跟踪目标技术相比，本发明提出的技术方案可应用于有限相控阵系统，设备建设效费比大大提高。
本申请提供的跟踪方法，通过终端设备来实现，终端设备可包括存储器与处理器。例如，终端设备可以是计算机、服务器等具有运算、数据处理能力的设备。
存储器，用于存储程序。处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现如上述实施例所描述的跟踪方法。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
本文参照了各种示范实施例进行说明。然而，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本文范围的情况下，可以对示范性实施例做出改变和修正。例如，各种操作步骤以及用于执行操作步骤的组件，可以根据特定的应用或考虑与系统的操作相关联的任何数量的成本函数以不同的方式实现（例如一个或多个步骤可以被删除、修改或结合到其他步骤中）。
虽然在各种实施例中已经示出了本文的原理，但是许多特别适用于特定环境和操作要求的结构、布置、比例、元件、材料和部件的修改可以在不脱离本披露的原则和范围内使用。以上修改和其他改变或修正将被包含在本文的范围之内。
前述具体说明已参照各种实施例进行了描述。然而，本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本披露的范围的情况下进行各种修正和改变。因此，对于本披露的考虑将是说明性的而非限制性的意义上的，并且所有这些修改都将被包含在其范围内。同样，有关于各种实施例的优点、其他优点和问题的解决方案已如上所述。然而，益处、优点、问题的解决方案以及任何能产生这些的要素，或使其变得更明确的解决方案都不应被解释为关键的、必需的或必要的。本文中所用的术语“包括”和其任何其他变体，皆属于非排他性包含，这样包括要素列表的过程、方法、文章或设备不仅包括这些要素，还包括未明确列出的或不属于该过程、方法、系统、文章或设备的其他要素。此外，本文中所使用的术语“耦合”和其任何其他变体都是指物理连接、电连接、磁连接、光连接、通信连接、功能连接和/或任何其他连接。
具有本领域技术的人将认识到，在不脱离本发明的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节进行许多改变。因此，本发明的范围应仅由权利要求确定。

Claims (8)

1.一种时变波束赋形的低仰角跟踪方法，其特征在于，应用于地面测控设备，所述地面测控设备包括有限相控阵天线和机械机构，所述天线包括多个子阵，每个子阵包括多个阵元，所述机械机构用于驱动所述天线绕方向轴以及俯仰轴转动；所述跟踪方法包括：
目标获取步骤、跟踪目标设备，获取目标设备的空间仰角以及空间距离，根据所述空间仰角确定所述目标设备从正常区域进入目标区域，所述目标区域的最大仰角E1为3θ0~5θ0，θ0为天线3dB波束宽度；所述目标设备为飞行设备，所述目标设备沿高度方向自上而下或自下而上经过所述目标区域，所述目标区域划分为至少两个连续的目标子区域，所述目标子区域的最大仰角对应为Ei，i=1,…n，n为大于等于2的整数，Ei>Ei+1；第i个所述目标子区域的仰角范围为Ei+1~Ei；
波束调整步骤、根据所述空间仰角以及所述空间距离，调整所述天线工作的子阵或阵元，对所述天线波束进行赋形，产生匹配所述空间仰角的波束宽度，并使调整后的天线增益大于或等于最小天线增益，以持续跟踪所述目标设备，在跟踪过程中，所述天线在对应所有目标子区域产生多个波束宽度θi，所述天线在第i+1个所述目标子区域的波束宽度大于在第i个所述目标子区域的波束宽度；当所述目标设备位于第i个所述目标子区域时，所述机械机构驱动所述天线的俯仰轴指向角度为Ei-θi/2，所述天线方位轴采用电轴跟踪复合机械轴随动的自跟踪方式；其中，所述最小天线增益根据所述空间距离计算得到，所述空间距离越小，所述最小天线增益越小。
2.如权利要求1所述的跟踪方法，其特征在于，每个波束宽度θi满足Ei-θi<Ei+1，以使得所述天线在相邻的两个所述目标子区域产生波束覆盖区域具有重叠部分。
3.如权利要求1所述的跟踪方法，其特征在于，所述目标设备在第i+1个所述目标子区域的空间距离小于在第i个所述目标子区域的空间距离；
所述天线在第i+1个所述目标子区域的天线增益小于在第i个所述目标子区域的天线增益，以使得所述天线在第i+1个所述目标子区域的波束宽度大于在第i个所述目标子区域的波束宽度。
4.如权利要求1所述的跟踪方法，其特征在于，所述波束调整步骤包括：
获取所述目标设备在每个所述目标子区域的最大空间距离，计算所述目标设备在每个所述目标子区域的所述最小天线增益；
根据所述目标设备的空间仰角确定所述目标设备进入第i个所述目标子区域，根据第i个所述目标子区域的所述最小天线增益，调整所述天线的增益，产生匹配第i个所述目标子区域的波束宽度θi；
跟踪所述目标设备，更新所述目标设备的空间仰角以及空间距离；
根据所述目标设备的空间仰角确定所述目标设备进入第i-1个或第i+1个所述目标子区域，根据第i-1个或第i+1个所述目标子区域的所述最小天线增益，增大或减小所述天线的增益，产生匹配第i-1个或第i+1个所述目标子区域的波束宽度θi-1或θi+1；
持续跟踪所述目标设备，重复上述步骤，直至所述目标设备离开所述目标区域。
5.如权利要求4所述的跟踪方法，其特征在于，所述目标设备按照预设的运动轨迹沿高度方向自上而下或自下而上经过所述目标区域；
所述跟踪方法在所述目标获取步骤之前，还包括：
区域划分步骤、根据所述运动轨迹确定所述目标区域的最小仰角Emin以及所述目标设备在所述运动轨迹中的空间距离，获取天线3dB波束宽度θ0；
根据所述最小仰角Emin以及所述天线3dB波束宽度θ0，确定所述目标区域；
根据所述目标设备在所述运动轨迹中的空间距离，确定所述目标设备在所述运动轨迹中对应需要的最小天线增益，确定所述天线的波束需被赋形的范围；
确定所述天线的波束需被赋形次数以及所述目标区域划分为所述目标子区域的划分情况。
6.一种地面测控设备，其特征在于，包括有限相控阵天线、机械机构以及控制器，所述天线包括多个子阵，每个子阵包括多个阵元；
所述机械机构用于驱动所述天线绕方向轴以及俯仰轴转动；
所述控制器用于通过所述天线以及机械机构跟踪目标设备，获取目标设备的空间仰角以及空间距离，根据所述空间仰角确定所述目标设备从正常区域进入目标区域，所述目标区域的最大仰角E1为3θ0~5θ0，θ0为天线3dB波束宽度；所述目标设备为飞行设备，所述目标设备沿高度方向自上而下或自下而上经过所述目标区域，所述目标区域划分为至少两个连续的目标子区域，所述目标子区域的最大仰角对应为Ei，i=1,…n，n为大于等于2的整数，Ei>Ei+1；第i个所述目标子区域的仰角范围为Ei+1~Ei；根据所述空间仰角以及所述空间距离，调整所述天线工作的子阵或阵元，对所述天线波束进行赋形，产生匹配所述空间仰角的波束宽度，并使调整后的所述天线增益大于或等于最小天线增益，以持续跟踪所述目标设备，在跟踪过程中，所述天线在对应所有目标子区域产生多个波束宽度θi，所述天线在第i+1个所述目标子区域的波束宽度大于在第i个所述目标子区域的波束宽度；当所述目标设备位于第i个所述目标子区域时，所述机械机构驱动所述天线的俯仰轴指向角度为Ei-θi/2，所述天线方位轴采用电轴跟踪复合机械轴随动的自跟踪方式；其中，所述最小天线增益根据所述空间距离计算得到，所述空间距离越小，所述最小天线增益越小。
7.一种终端设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
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