[发明专利]一种基于螺旋分布的半球形阵列和差测角解耦合方法

说明书

本发明公开了一种基于螺旋分布的半球形阵列和差测角解耦合方法，包括如下步骤：首先按照螺旋分布的排列方式将N个阵元分布在一个半径为R的半球面上；然后重新定义某方向到来的信号方位角和俯仰角θ，得到重新定义的慢速矢量r；再分别求得方位向偏差为和俯仰向偏差为±△θ的四个波束，对四个波束分别求得和波束、方位向差波束和俯仰向差波束，再求得方位向差和比与俯仰向差和比；然后设置方位向观察窗和俯仰向观察窗θ_win，从而得到观察窗内的不耦合的方位向和俯仰向的鉴角曲线。该方法在减少预存储的数据量的同时，方法本身的测角误差也比较小，测角速度快，保证了雷达阵列测角的速度和精度的要求。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，特别涉及一种基于半球形阵列和差测角解耦合方法，适用于螺旋分布的半球形雷达阵列，在和差测角时存在的方位向和俯仰向耦合，导致需要预存储的数据量非常巨大的问题。

背景技术

早期的雷达阵列，主要有线阵和面阵等，因为阵列分布比较规则，天线单元的指向一致，因此进行理论分析比较容易，缺点是阵列的接收视角有限，半球形分布的雷达视角，具有指向性好、干扰杂波抑制能力强、探测距离远和广波束视角等优点，但是半球形阵列的天线单元指向不一致，导致半球形的阵列理论分析比较困难。

和差测角技术起源较早，优点很明显，可以在一个脉冲内测出目标的角度信息，随着雷达算法的研究，和差测角的精度大大提高，在工程实践中获得了巨大的应用，尤其是线阵的和差测角技术，目前为止发展的非常成熟，有双波束指向法、直接加权法、对称取反法等。面阵的和差测角主要问题存在于方位向和俯仰向信息耦合，主要的解决方法有坐标系变换和导向矢量变换等两种方法，将该方法应用于半球形阵列时，由于基于有向阵元的半球形阵列中，每个天线单元指向不一致，导致理论分析较难；同时，方位向信息和俯仰向信息耦合，而且面阵的解耦合方法不再完全适用，因此基于半球形阵列的和差测角技术存在困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于半球形阵列的和差测角解耦合方法，本发明的方法在螺旋分布的半球形阵列的基础上，重新定义坐标系的方位角和俯仰角，分别合成四个波束，分别求得期望方向的俯仰向和俯仰向差和比，在期望方向一定的小角度范围内，近似认为方位向差和比与俯仰角无关，俯仰向的差和比与方位角无关，从而达到方位向与俯仰向解耦合的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于半球形阵列的和差测角解耦合方法，包括如下步骤：

步骤1：按照螺旋分布的排列方式将N个阵元分布在一个半径为R的半球面上；

步骤2：重新定义某方向到来的信号方位角和俯仰角θ，得到重新定义的慢速矢量r；

步骤3：假定目标波束期望方向为在步骤1和步骤2的基础上，分别合成波束指向分别为和四个波束，分别记为P₁、P₂、P₃和P₄；其中，△θ和分别为方位向和俯仰向的角度偏差；

步骤4：分别计算和波束P_sum、俯仰向差波束P_ele、方位向差波束P_azi、俯仰向差和比r_ele和方位向差和比r_azi；

步骤5：设置方位向观察窗和俯仰向观察窗θ_win，分别取方位向观察窗和俯仰向观察窗θ_win内的俯仰向差和比r_ele和方位向差和比r_azi，得到方位向和俯仰向的鉴角曲线，从而达到解耦合的目的。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本方法有效解决了方位向与俯仰向耦合的问题，因此有效降低了和差测角算法需要存储的鉴角曲线的数据量，使得测角算法的工程实现复杂度降低，数据量变小；