[发明专利]一种运动平台雷达波束解耦方法

说明书

本发明公开了一种运动平台雷达波束解耦方法，包括如下步骤：步骤1、获取初始条件下运动平台在惯性坐标下的三个姿态角：俯仰角θ、偏航角ψ、滚转角γ；步骤2、在惯性坐标系下计算初始运动平台的欧拉旋转矩阵C，并将该欧拉旋转矩阵C转换成四元数；步骤3、解算下一时刻由载体旋转形成的新四元数向量Q₁；步骤4、由更新后的四元数向量Q₁计算新的欧拉旋转矩阵C₁；步骤5、利用所述新的欧拉旋转矩阵C₁计算更新后的波束方位角α₁、俯仰角β₁。由于采用上述方案，相对于现有技术，本发明简化了计算步骤，降低了计算量，能够实现快速解耦。

技术领域

本发明涉及雷达波束解耦技术，具体涉及一种运动平台下的雷达波束解耦方法。

背景技术

雷达系统(如探测低慢小目标的脉冲多普勒雷达以及进行成像的合成孔径雷达)不受气候条件影响，能够全天候全天时的对目标进行探测，在军用和民用领域被广泛应用。尤其是雷达的应用平台，如机载、星载和车载等平台正日益丰富。在这些运动平台下，由于载体颠簸抖动，雷达的波束指向会发生变化，从而造成雷达的性能指标下降，影响雷达的正常使用。

雷达波束解耦的目的就是保证在运动平台下雷达的波束指向能够不随运动平台的颠簸抖动而变化，以保证雷达波束指向正确。在以往的应用中，常利用欧拉角来描述载体的颠簸抖动，然后对欧拉旋转矩阵进行运算，继而达到雷达波束解耦的目的。但利用欧拉旋转矩阵进行波束解耦时，如果某些坐标轴重合，就会出现万向锁问题，从而失去一个方向上的解耦能力。同时，该方法中欧拉旋转矩阵需要多次三角运算，计算量较大。

中国专利文献CN102981151A针对相控阵直接与运动载体固联后，由于载体的扰动将直接作用于阵列天线，使得天线波束在空间指向发生变化的问题，提供了一种相控阵雷达电控波束稳定方法，该方法利用波束空间指向不变性原理，在波束稳定帧信号上升沿到来时刻，解算当前时刻相对姿态，得出使波束仍旧指向上一时刻目标跟踪向量所需要的天线波束方位角和俯仰角，进而推导得出抵消扰动所需的补偿角。然而，该专利公开的方法每次计算下一时刻的四元数向量时均需要进行迭代计算，从而导致大幅度增加了计算的复杂度。

发明内容

基于上述问题，本发明提出了一种基于四元数的运动平台(载体)雷达波束解耦方法，所述方法能够保证在运动平台下雷达波束指向不随运动平台的颠簸抖动而变化。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种运动平台雷达波束解耦方法，用于在运动平台下使雷达的波束指向能够不随运动平台的抖动而变化，该方法包括如下步骤：

步骤1、获取初始条件下运动平台在惯性坐标下的三个姿态角：俯仰角θ、偏航角ψ、滚转角γ；

步骤2、在惯性坐标系下计算初始运动平台的欧拉旋转矩阵C，并将该欧拉旋转矩阵C转换成四元数；

步骤3、解算下一时刻由载体旋转形成的新四元数向量Q₁；

步骤4、由更新后的四元数向量Q₁计算新的欧拉旋转矩阵C₁；

步骤5、利用所述新的欧拉旋转矩阵C₁计算更新后的波束方位角α₁、俯仰角β₁。

进一步地，所述步骤2利用俯仰角θ、偏航角ψ、滚转角γ计算欧拉旋转矩阵C。

进一步地，所述步骤3包括：

步骤31、获取载体的角加速度ω和解算的两次时间间隔dT，以计算出旋转角度W；

步骤32、利用单子样算法，将旋转角度W转成四元数向量Q_t；