CN116908805A - 一种二维雷达的联合和差测角方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种二维雷达的联合和差测角方法、系统及存储介质 Download PDF

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CN116908805A CN202311168620.1A CN202311168620A CN116908805A CN 116908805 A CN116908805 A CN 116908805A CN 202311168620 A CN202311168620 A CN 202311168620A CN 116908805 A CN116908805 A CN 116908805A
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Abstract

本发明公开了一种二维雷达的联合和差测角方法、系统及存储介质，所述方法包括：建立二维鉴角表；通过查询二维鉴角表与二维插值方法计算实际目标的俯仰角和方位角。本发明可以用于非矩形阵列，消除了因阵列原因带来的系统误差，同时具有较高的精度与较低的计算量。

Description

一种二维雷达的联合和差测角方法、系统及存储介质
技术领域
本发明属于相控阵天线领域，尤其涉及一种二维雷达的联合和差测角方法、系统及存储介质。
背景技术
相控阵雷达相比其他的雷达是具有强大生命力和灵活性，是由于它远胜于一般的、应用机械进行扫描的雷达，它的特点主要有同时针对多个目标、功能的多样性、机动性强、对干扰的抵抗能力强等。
雷达测角是雷达目标参数估计中的重要组成部分。目标空间角度的测量精度，将直接影响雷达后续对目标的跟踪与识别的性能。传统相控阵雷达中，常常使用二维和差测角算法。该方法精度较高，计算量较小，阵列适用性强。然而，受限于成本与性能要求等因素，不少雷达阵列排布通常不是矩形阵列。若其子阵结构不满足平移特性，传统和差测角算法测得结果会产生系统误差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种二维雷达的联合和差测角方法，包括以下步骤：
建立二维鉴角表：
步骤1：根据雷达二维相控阵阵列的几何结构，建立xOyOz直角坐标系，令目标的方 位角为，俯仰角为；将雷达阵面分为以“田字格”分布的四个子阵，分别为子阵1、2、3和4， 每个子阵包含的阵元数相等；设四个子阵的导向矢量分别为，，和；
令方位角正弦值，范围为 ，对应方位角范围为，其中，，，为正整数，为方位角正弦值步长；令俯仰角正弦 值，范围为，对应俯仰角范围为，其中，，，为俯仰角正弦值步长；
为方便计算，设参考阵元接收目标信号为1，则四个子阵的和波束分别为,,和，其中，，和为4个子阵上的预设的权系数；
对所有与，分别计算目标的和波束、俯仰维差波 束、方位维差波束、俯仰维的比幅值和方位维的比幅值；
步骤2：假设俯仰维需要的最大比幅值为，方位维需要的最大比幅值为；令 俯仰维比幅值取值范围为，其中，M为正整 数；令方位维比幅值取值范围为，其中，N为 正整数；
步骤3：令与，对所有分别计算 对应的方位角与俯仰角，将其制作成二维鉴角表并存储；
根据二维鉴角表计算实际目标的俯仰角和方位角：
步骤4：记四个子阵接收波束中实际目标的脉压后信号分别为，，和，接收 波束的方位角与俯仰角分别为与；
步骤5：计算实际目标的俯仰维的比幅值和方位维的比幅值；
步骤6：根据实际目标的俯仰维的比幅值和方位维的比幅值，通过查询二维鉴 角表与二维插值方法计算实际目标的俯仰角和方位角。
进一步地，步骤1具体为：
计算目标的和波束、俯仰维差波束、方位维差波束、俯仰维的比幅值和方位维的比幅值，计算公式为：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
其中，为目标的和波束，为目标的俯仰维差波束，为目标的方位维差 波束、为目标的俯仰维的比幅值，为目标的方位维的比幅值；、、和分别为四个子阵的和波束；
对所有与，得到一一对应的与。
进一步地，步骤3具体为：
步骤3.1：计算使目标函数获得最小 值的，记为；在、、与中选取使值最小时的两个比幅 值，其索引分别记为与，两个比幅值分别记为；
步骤3.2：使用二维插值的方法计算对应的俯仰角与方位角的正弦 值，其计算方法为：
令临时变量，临时变量，计算临时变量，；
令临时变量，临时变量，其中、与分别为的第一、第二和第三个元素，、与分别为的第一、 第二和第三个元素；
因此，对应俯仰角与方位角的正弦值的计算公式为：
（6）
其中，为与对应的俯仰角与方位角；
步骤3.3：对所有与进行完步骤3.1至步骤3.2 后，得到与(m,n)一一对应的，制作成二维鉴角表并存储。
进一步地，步骤5具体为：
步骤11：设参考阵元接收目标信号为1，计算俯仰维的比幅值；计 算方位维的比幅值；其中，实际目标的和波束信号为，俯仰维的差波束信号为，方位维的差 波束信号为。
进一步地，步骤6具体为：
步骤6.1：计算索引，，其中为向下取整运算；
步骤6.2：根据步骤3.3的二维鉴角表，使用二维插值的方法计算：
令临时变量，临时变量
，
其中与分别为的第一和第二个元素；
计算临时变量，；令临时变量，计算临时变量与，其中、与为中的第一、第二和第三个元素，、与为中的第一、第二 和第三个元素，与分别为的第一和第二个元素；
步骤6.3：通过下式计算实际目标的俯仰角：
（9）
式中，为取相位的运算；
步骤6.4：通过下式计算实际目标的方位角：
（10）
进一步地，子阵1与子阵3关于与水平面平行的平面轴对称，子阵2与子阵4关于与水平面平行的平面轴对称，子阵1与子阵2关于与竖直平面平行的平面轴对称，子阵3与子阵4关于与竖直平面平行的平面轴对称。
本发明还提供了一种二维雷达的联合和差测角系统，所述系统执行实现上述任一方法，所述系统包括：
获取模块：获取雷达相控阵阵列中四个子阵接收波束和实际目标的脉压信号；
建表模块：计算目标的和波束、俯仰维差波束、方位维差波束、俯仰维的比幅值和方位维的比幅值，得到对应的方位角与俯仰角，建立二维鉴角表；
计算模块：根据从获取模块处得到的四个子阵接收波束和实际目标的脉压信号、从建表模块得到的二维鉴角表的数据，计算实际目标的俯仰角和方位角。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法的步骤。
本发明与现有技术相比的优点在于，可以用于非矩形阵列，消除了因阵列原因带来的系统误差，同时具有较高的精度与较低的计算量。
附图说明
图1为本发明实施例的阵列与目标的几何关系示意图。
图2为本发明实施例的阵元分布示意图。
图3为方位偏差为0时本发明实施例与传统方法的俯仰角精度对比图。
图4为方位偏差为0时本发明实施例与传统方法的方位角精度对比图。
图5为俯仰偏差为0时本发明实施例与传统方法的俯仰角精度对比图。
图6为俯仰偏差为0时本发明实施例与传统方法的方位角精度对比图。
图7为方位偏差与俯仰偏差相等时本发明实施例与传统方法的俯仰角精度对比图。
图8为方位偏差与俯仰偏差相等时本发明实施例与传统方法的方位角精度对比图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
为解决该问题，本文提出一种二维雷达的联合和差测角方法，该方法利用俯仰角与方位角的偏置与和差幅度比建立二维鉴角表，然后通过二维查找重新设计了等间隔比幅值的二维鉴角表，最后通过等间隔查找与二维插值方法计算目标的俯仰角与方位角。该方法可以用于非矩形阵列，消除了因阵列原因带来的系统误差，同时具有较高的精度与较低的计算量。
本发明提供了一种二维雷达的联合和差测角方法，下面介绍具体的实施方式。
示例一：建立二维鉴角表
（1）根据雷达二维相控阵阵列的几何结构，建立xOyOz直角坐标系，令目标的方位 角为，俯仰角为；将雷达阵面分为以“田字格”分布的四个子阵，分别为子阵1、2、3和4，每 个子阵包含的阵元数相等；子阵1与子阵3关于与水平面平行的平面轴对称，子阵2与子阵4 关于与水平面平行的平面轴对称，子阵1与子阵2关于与竖直平面平行的平面轴对称，子阵3 与子阵4关于与竖直平面平行的平面轴对称。
设四个子阵的导向矢量分别为，，和为方便计算， 设参考阵元接收目标信号为1，则四个子阵的和波束分别为,,和，其中，，和为4个子阵上的预设的权系数。
具体地，如图2所示，在的均匀矩形阵上，对四个角切除的阵元。阵 元间距r为半波长，将该阵列沿着对称轴分为四个子阵，每个子阵的阵元数均为390，阵列的 坐标系几何关系如图1所示。
设阵列的行索引为，列索引为，设子阵1、2、3和4的行 列索引的集合分别为、、和，阵列所有元素索引的集合为。阵列的导向矢量中，第u行v列的阵元对应的元素为，为工作频率对应的波 长，则四个子阵的导向矢量为
（11）
式中，。假设阵列使用二维矩形窗函数（即时）， 则四个子阵的和波束为
（12）
式中，。
（2）方位角正弦值范围为，对应方位角范围 为，其中，，， 为正整数，为方位角正弦值步长。令俯仰角正弦值范围为，对应俯仰角范围为 ，其中，，，，为俯仰角 正弦值步长。为方便表示，对于与，四个子阵的和波束重新记为
（13）
式中，。对所有与，分别进行下列（3） 至（4）的过程。
（3）计算和波束：
14）
计算差波束：
（15）
（16）
（4）计算俯仰维的比幅值
（17）
计算方位维的比幅值
（18）
（5）对所有与，进行完上述（3）至（4）的过程后，得 到一一对应与。
（6）俯仰维需要的最大比幅值设为，方位维需要的最大比幅值设为。令俯仰维比幅值取值范围为，其中，；令方位维比幅值取值范围为，其中，。
（7）令与，对所有分别计算对应 的方位角与俯仰角，具体为下列过程（8）与（9）。
（8）使用穷举法，计算使目标函数获 得最小值的，记为。然后在、、与中选取使值最小时的两个比幅 值，两个索引分别记为与，两个比幅值分别记为。
（9）使用二维插值的方法计算对应的俯仰角与方位角的正弦值：
为方便描述计算过程，定义临时变量，临时变量，计算临时变量，。
令临时变量，临时变量，其中、与分别为的第一、第二和第三个元素， 、与分别为的第一、 第二和第三个元素。通过式（6）计算对应俯仰角与方位角的正弦值：
（19）
式中为与对应的俯仰角与方位角。
（10）：对所有与进行完过程（8）与（9）后，得到 与(m, n)一一对应的，制作成2张二维鉴角表并存储，见表1与表 2；表1和表2的横向纵向分别为m和n，m和n分别取正整数1至20。
表1 与时的俯仰角正弦值
m n 0 1 2 3 4 5 6
0 0.000000 0.002591 0.00515 0.007660 0.010086 0.012415 0.014632
1 0.000000 0.002587 0.005145 0.007647 0.010069 0.012394 0.014608
2 0.000000 0.002503 0.005118 0.007607 0.010018 0.012332 0.014537
3 0.000000 0.002551 0.00507 0.007543 0.009935 0.012232 0.014421
4 0.000000 0.002522 0.005016 0.007457 0.009823 0.012097 0.014265
5 0.000000 0.002486 0.004944 0.007352 0.009686 0.011931 0.014073
6 0.000000 0.002444 0.004862 0.007230 0.009528 0.011739 0.013851
7 0.000000 0.002397 0.004770 0.007095 0.009352 0.011526 0.013605
8 0.000000 0.002347 0.004671 0.006949 0.009163 0.011297 0.013340
9 0.000000 0.002295 0.004567 0.006797 0.008964 0.011056 0.013061
10 0.000000 0.002241 0.004461 0.006639 0.008760 0.010808 0.012773
11 0.000000 0.002186 0.004352 0.006479 0.008551 0.010555 0.012480
12 0.000000 0.002131 0.004243 0.006319 0.008342 0.010300 0.012185
13 0.000000 0.002076 0.004135 0.006159 0.008133 0.010047 0.011890
14 0.000000 0.002022 0.004028 0.006001 0.007927 0.009796 0.011599
15 0.000000 0.001969 0.003923 0.005845 0.007725 0.009549 0.011311
16 0.000000 0.001917 0.003820 0.005694 0.007526 0.009308 0.011030
17 0.000000 0.001867 0.003720 0.005546 0.007333 0.009072 0.010755
18 0.000000 0.001818 0.003623 0.005402 0.007145 0.008843 0.010488
19 0.000000 0.001771 0.003529 0.005263 0.006963 0.008621 0.010228
20 0.000000 0.001725 0.003438 0.005129 0.006788 0.008406 0.009977
m n 7 8 9 10 11 12 13
0 0.016730 0.018707 0.020561 0.022296 0.023916 0.025429 0.026841
1 0.016704 0.018677 0.020529 0.022263 0.023882 0.025394 0.026806
2 0.016624 0.018591 0.020437 0.022165 0.023781 0.025290 0.026700
3 0.016495 0.018450 0.020287 0.022007 0.023617 0.025121 0.026526
4 0.016321 0.018260 0.020083 0.021793 0.023394 0.024891 0.026292
5 0.016106 0.018026 0.019833 0.021529 0.023119 0.024608 0.026002
6 0.015858 0.017755 0.019543 0.021223 0.022801 0.024279 0.025666
7 0.015583 0.017454 0.019221 0.020883 0.022445 0.023913 0.025290
8 0.015286 0.017130 0.018873 0.020515 0.022061 0.023515 0.024883
9 0.014973 0.016788 0.018506 0.020127 0.021655 0.023095 0.024451
10 0.014650 0.016434 0.018125 0.019724 0.021234 0.022658 0.024002
11 0.014321 0.016073 0.017737 0.019312 0.020803 0.022211 0.023541
12 0.013989 0.015709 0.017345 0.018896 0.020366 0.021757 0.023073
13 0.013657 0.015345 0.016952 0.018479 0.019928 0.021301 0.022602
14 0.013329 0.014984 0.016562 0.018064 0.019491 0.020846 0.022132
15 0.013005 0.014627 0.016177 0.017654 0.019059 0.020396 0.021666
16 0.012688 0.014278 0.015798 0.017250 0.018634 0.019951 0.021206
17 0.012377 0.013935 0.015428 0.016854 0.018216 0.019515 0.020753
18 0.012075 0.013602 0.015066 0.016468 0.017807 0.019087 0.020309
19 0.011782 0.013277 0.014714 0.016091 0.017409 0.018669 0.019874
20 0.011497 0.012962 0.014372 0.015724 0.017021 0.018262 0.019450
m n 14 15 16 17 18 19 20
0 0.028160 0.029391 0.030543 0.031622 0.032633 0.033583 0.034477
1 0.028124 0.029355 0.030507 0.031585 0.032597 0.033547 0.034441
2 0.028016 0.029246 0.030398 0.031476 0.032488 0.033439 0.034334
3 0.027840 0.029069 0.030220 0.031299 0.032311 0.033263 0.034159
4 0.027602 0.028829 0.029978 0.031057 0.032070 0.033023 0.033921
5 0.027308 0.028532 0.029680 0.030758 0.031771 0.032725 0.033625
6 0.026966 0.028186 0.029331 0.030408 0.031422 0.032377 0.033279
7 0.026583 0.027799 0.028941 0.030017 0.031030 0.031986 0.032890
8 0.026168 0.027378 0.028517 0.029590 0.030603 0.031559 0.032464
9 0.025728 0.026931 0.028065 0.029136 0.030147 0.031104 0.032009
10 0.025269 0.026465 0.027594 0.028661 0.029670 0.030626 0.031532
11 0.024797 0.025985 0.027108 0.028170 0.029177 0.030131 0.031037
12 0.024318 0.025497 0.026613 0.027670 0.028674 0.029626 0.030531
13 0.023835 0.025004 0.026113 0.027165 0.028164 0.029114 0.030018
14 0.023353 0.024512 0.025612 0.026658 0.027652 0.028598 0.029500
15 0.022874 0.024021 0.025113 0.026152 0.027141 0.028083 0.028982
16 0.022400 0.023536 0.024618 0.025649 0.026633 0.027571 0.028466
17 0.021933 0.023057 0.024130 0.025153 0.026130 0.027063 0.027955
18 0.021474 0.022587 0.023649 0.024665 0.025634 0.026562 0.027449
19 0.021026 0.022126 0.023178 0.024184 0.025147 0.026068 0.026951
20 0.020587 0.021675 0.022717 0.023713 0.024668 0.025584 0.026461
表2 与时的方位角正弦值
m n 0 1 2 3 4 5 6
0 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
1 0.002731 0.002726 0.002712 0.002690 0.002659 0.002622 0.002578
2 0.005431 0.005422 0.005394 0.005350 0.005289 0.005215 0.005130
3 0.008072 0.008058 0.008018 0.007953 0.007864 0.007755 0.007629
4 0.010630 0.010612 0.010560 0.010475 0.010360 0.010218 0.010055
5 0.013085 0.013064 0.013000 0.012898 0.012758 0.012588 0.012390
6 0.015424 0.015399 0.015326 0.015207 0.015047 0.014850 0.014621
7 0.017638 0.017610 0.017529 0.017396 0.017217 0.016997 0.016741
8 0.019723 0.019693 0.019605 0.019461 0.019266 0.019026 0.018747
9 0.021681 0.021649 0.021555 0.021401 0.021192 0.020935 0.020637
10 0.023514 0.023480 0.023381 0.023219 0.023000 0.022729 0.022415
11 0.025227 0.025192 0.025089 0.024921 0.024693 0.024411 0.024084
12 0.026827 0.026791 0.026685 0.026512 0.026277 0.025987 0.025650
13 0.028321 0.028284 0.028176 0.027999 0.027759 0.027463 0.027118
14 0.029716 0.029679 0.029569 0.029390 0.029147 0.028846 0.028496
15 0.031021 0.030983 0.030873 0.030692 0.030447 0.030143 0.029789
16 0.032241 0.032204 0.032093 0.031912 0.031665 0.031360 0.031004
17 0.033385 0.033348 0.033237 0.033055 0.032809 0.032503 0.032146
18 0.034458 0.034421 0.034310 0.034130 0.033883 0.033578 0.033221
19 0.035467 0.035430 0.035320 0.035140 0.034895 0.034591 0.034235
20 0.036416 0.036379 0.036270 0.036092 0.035848 0.035547 0.035193
m n 7 8 9 10 11 12 13
0 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
1 0.002530 0.002478 0.002424 0.002368 0.002310 0.002253 0.002195
2 0.005035 0.004932 0.004824 0.004713 0.004600 0.004486 0.004372
3 0.007489 0.007338 0.007180 0.007016 0.006849 0.006681 0.006513
4 0.009873 0.009677 0.009471 0.009258 0.009040 0.008821 0.008603
5 0.012170 0.011932 0.011682 0.011424 0.011160 0.010894 0.010629
6 0.014367 0.014093 0.013803 0.013504 0.013199 0.012890 0.012582
7 0.016457 0.016150 0.015826 0.015491 0.015148 0.014802 0.014455
8 0.018437 0.018102 0.017748 0.017381 0.017005 0.016626 0.016246
9 0.020305 0.019946 0.019567 0.019173 0.018769 0.018361 0.017951
10 0.022065 0.021686 0.021285 0.020868 0.020440 0.020008 0.019573
11 0.023719 0.023324 0.022905 0.022469 0.022022 0.021568 0.021112
12 0.025273 0.024865 0.024431 0.023980 0.023517 0.023045 0.022571
13 0.026733 0.026314 0.025869 0.025406 0.024929 0.024444 0.023955
14 0.028104 0.027677 0.027224 0.026751 0.026263 0.025767 0.025266
15 0.029392 0.028960 0.028501 0.028020 0.027525 0.027020 0.026509
16 0.030604 0.030168 0.029705 0.029219 0.028718 0.028206 0.027689
17 0.031745 0.031307 0.030841 0.030352 0.029847 0.029331 0.028808
18 0.032820 0.032382 0.031915 0.031424 0.030917 0.030397 0.029870
19 0.033835 0.033398 0.032930 0.032439 0.031931 0.031410 0.030881
20 0.034795 0.034359 0.033893 0.033402 0.032894 0.032372 0.031842
m n 14 15 16 17 18 19 20
0 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
1 0.002138 0.002083 0.002028 0.001974 0.001923 0.001872 0.001824
2 0.004259 0.004149 0.004040 0.003935 0.003832 0.003732 0.003636
3 0.006347 0.006183 0.006023 0.005867 0.005715 0.005568 0.005425
4 0.008386 0.008173 0.007964 0.007760 0.007561 0.007368 0.007181
5 0.010365 0.010106 0.009851 0.009603 0.009360 0.009125 0.008897
6 0.012276 0.011974 0.011678 0.011388 0.011105 0.010831 0.010564
7 0.014111 0.013771 0.013437 0.013110 0.012791 0.012480 0.012178
8 0.015867 0.015494 0.015126 0.014765 0.014413 0.014070 0.013736
9 0.017543 0.017140 0.016742 0.016352 0.015971 0.015599 0.015236
10 0.019139 0.018710 0.018286 0.017870 0.017462 0.017065 0.016677
11 0.020656 0.020205 0.019758 0.019320 0.018890 0.018469 0.018059
12 0.022098 0.021627 0.021161 0.020703 0.020254 0.019814 0.019384
13 0.023466 0.022979 0.022498 0.022023 0.021556 0.021099 0.020653
14 0.024765 0.024265 0.023770 0.023281 0.022800 0.022329 0.021867
15 0.025998 0.025487 0.024981 0.024480 0.023988 0.023504 0.023029
16 0.027169 0.026650 0.026134 0.025624 0.025121 0.024627 0.024142
17 0.028282 0.027756 0.027233 0.026716 0.026205 0.025702 0.025208
18 0.029340 0.028809 0.028281 0.027757 0.027239 0.026730 0.026228
19 0.030347 0.029813 0.029281 0.028752 0.028229 0.027714 0.027206
20 0.031307 0.030770 0.030235 0.029703 0.029176 0.028656 0.028144
示例二：实际目标的测角示例
（1）使用示例一的雷达，假设目标的真实俯仰角为-30.3464°，真实方位角为 20.2527°，接收波束的俯仰角为-30°，方位角为20°。设参考阵元接收目标信号为1，设 目标的信噪比为40dB，一次独立实验中四个子阵的和波束分别为,,和。计算目标的和波束信号为，俯仰维的差波束信号为，方位维的差波束信号为。
（2）计算俯仰维的比幅值
（20）
计算方位维的比幅值
（21）
（3）计算索引，，其中为向下取整运算。
（4）加载表1与表2，根据步骤9的方法计算
临时变量， 临时变量， 计算临时变量，。
令临时变量，计算临时变量，临时变量，其中、与为的第 一、第二和第三个元素，、与为中的第一、第二和第三个元素，与 分别为的第一和第二个元素。
（5）由于，目标的俯仰角为：
（22）
由于，目标的方位角为：
（23）
图3和图4显示了目标信噪比为40dB且当目标方位角与波束方位角偏差为0时和差测角与本发明实施例方法的精度。可以看出，此时两种方法测得的俯仰角精度相近，但随着俯仰差增大，本发明实施例方法测得的方位角精度优于和差测角方法。
图5和图6显示了目标信噪比为40dB且当目标俯仰角与波束俯仰角偏差为0时和差测角与本发明实施例方法的精度。可以看出，此时两种方法测得的方位角精度相近，但随着方位差增大，本发明实施例方法测得的俯仰角精度优于和差测角方法。
图7和图8中，目标信噪比为40dB，设置目标俯仰角与波束俯仰角偏差等于目标方位角与波束方位角偏差。在该角度差变化时和差测角与本发明实施例方法的精度如7和图8所示。可以看出，随着角度差增大，本发明实施例方法测得的俯仰角精度与方位角精度均优于和差测角方法。
本实施例还提供了一种二维雷达的联合和差测角系统，所述系统执行上述任一方法，所述系统包括：
获取模块：获取雷达相控阵阵列中四个子阵接收波束和实际目标的脉压信号；
建表模块：计算目标的和波束、俯仰维差波束、方位维差波束、俯仰维的比幅值和方位维的比幅值，得到对应的方位角与俯仰角，建立二维鉴角表；
计算模块：根据从获取模块处得到的四个子阵接收波束和实际目标的脉压信号、从建表模块得到的二维鉴角表的数据，计算实际目标的俯仰角和方位角。
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述方法实施例的步骤，该存储介质可以为U盘、光盘、硬盘等。
综上所述，本发明可以用于非矩形阵列，消除了因阵列原因带来的系统误差，同时具有较高的精度与较低的计算量；提高了传统雷达的角度测量精度，消除测角系统误差，同时保持较低的计算量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例、并不用以限制本发明、凡在本发明的精神和原则之内、所作的任何修改、等同替换、改进等、均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二维雷达的联合和差测角方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立二维鉴角表：
步骤1：根据雷达二维相控阵阵列的几何结构，建立xOyOz直角坐标系，令目标的方位角为，俯仰角为/>；将雷达阵面分为以“田字格”分布的四个子阵，分别为子阵1、2、3和4，每个子阵包含的阵元数相等；设四个子阵的导向矢量分别为/>，/>，/>和；
令方位角正弦值，范围为/>，对应方位角范围为/>，其中/>，，/>，/>为正整数，/>为方位角正弦值步长；令俯仰角正弦值/>，范围为/>，对应俯仰角范围为，其中/>，/>，，/>为俯仰角正弦值步长；
为方便计算，设参考阵元接收目标信号为1，则四个子阵的和波束分别为,/>,和/>，其中/>，/>，/>和为4个子阵上的预设的权系数；
对所有与/>，分别计算目标的和波束、俯仰维差波束、方位维差波束、俯仰维的比幅值和方位维的比幅值；
步骤2：假设俯仰维需要的最大比幅值为，方位维需要的最大比幅值为/>；令俯仰维比幅值取值范围为/>，其中/>，M为正整数；令方位维比幅值取值范围为/>，其中/>，N为正整数；
步骤3：令与/>，对所有/>分别计算对应的方位角与俯仰角，将其制作成二维鉴角表并存储；
根据二维鉴角表计算实际目标的俯仰角和方位角：
步骤4：记四个子阵接收波束中实际目标的脉压后信号分别为，/>，/>和/>，接收波束的方位角与俯仰角分别为/>与/>；
步骤5：计算实际目标的俯仰维的比幅值和方位维的比幅值/>；
步骤6：根据实际目标的俯仰维的比幅值和方位维的比幅值/>，通过查询二维鉴角表与二维插值方法计算实际目标的俯仰角和方位角。
2.根据权利要求1所述的二维雷达的联合和差测角方法，其特征在于，步骤1具体为：
计算目标的和波束、俯仰维差波束、方位维差波束、俯仰维的比幅值和方位维的比幅值，计算公式为：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
其中，为目标的和波束，/>为目标的俯仰维差波束，/>为目标的方位维差波束、为目标的俯仰维的比幅值，/>为目标的方位维的比幅值；/>、、/>和/>分别为四个子阵的和波束；
对所有与/>，得到一一对应的/>与。
3.根据权利要求2所述的二维雷达的联合和差测角方法，其特征在于，步骤3具体为：
步骤3.1：计算使目标函数获得最小值的，记为/>；在/>、/>、与/>中选取使/>值最小时的两个比幅值，其索引分别记为/>与/>，两个比幅值分别记为/>；
步骤3.2：使用二维插值的方法计算对应的俯仰角与方位角的正弦值，其计算方法为：
令临时变量，临时变量/>，计算临时变量/>，/>；
令临时变量，临时变量/>，其中/>、/>与分别为/>的第一、第二和第三个元素，/>、/>与/>分别为/>的第一、第二和第三个元素；
因此，对应俯仰角与方位角的正弦值的计算公式为：
（6）其中，/>为与/>对应的俯仰角与方位角；
步骤3.3：对所有与/>进行完步骤3.1至步骤3.2后，得到与(m,n)一一对应的/>，制作成二维鉴角表并存储。
4.根据权利要求3所述的二维雷达的联合和差测角方法，其特征在于，步骤5具体为：
步骤11：设参考阵元接收目标信号为1，计算俯仰维的比幅值；计算方位维的比幅值/>；其中，实际目标的和波束信号为/>，俯仰维的差波束信号为/>，方位维的差波束信号为。
5.根据权利要求4所述的二维雷达的联合和差测角方法，其特征在于，步骤6具体为：
步骤6.1：计算索引，/>，其中/>为向下取整运算；
步骤6.2：根据步骤3.3的二维鉴角表，使用二维插值的方法计算：
令临时变量，临时变量
，
其中与/>分别为/>的第一和第二个元素；
计算临时变量，/>；令临时变量，计算临时变量/>与/>，其中/>、与/>为/>中的第一、第二和第三个元素，/>、/>与/>为/>中的第一、第二和第三个元素，/>与/>分别为/>的第一和第二个元素；
步骤6.3：通过下式计算实际目标的俯仰角：
（9）
式中，为取相位的运算；
步骤6.4：通过下式计算实际目标的方位角：
（10）
。
6.根据权利要求1所述的二维雷达的联合和差测角方法，其特征在于，子阵1与子阵3关于与水平面平行的平面轴对称，子阵2与子阵4关于与水平面平行的平面轴对称，子阵1与子阵2关于与竖直平面平行的平面轴对称，子阵3与子阵4关于与竖直平面平行的平面轴对称。
7.一种二维雷达的联合和差测角系统，其特征在于，所述系统执行实现权利要求1-6任一项所述方法，所述系统包括：
获取模块：获取雷达相控阵阵列中四个子阵接收波束和实际目标的脉压信号；
建表模块：计算目标的和波束、俯仰维差波束、方位维差波束、俯仰维的比幅值和方位维的比幅值，得到对应的方位角与俯仰角，建立二维鉴角表；
计算模块：根据从获取模块处得到的四个子阵接收波束和实际目标的脉压信号、从建表模块得到的二维鉴角表的数据，计算实际目标的俯仰角和方位角。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
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