[发明专利]球顶阵列两维经纬度位置误差的低副瓣波束形成方法

说明书

本发明公开了一种球顶阵列两维经纬度位置误差的低副瓣波束形成方法，其实现步骤是：获取三维笛卡尔坐标系中球顶阵列阵元位置信息和角度信息；计算每个阵元的两维经纬度坐标系的指向向量；计算每个阵元的两维经纬度位置误差向量；构建低副瓣波束权矢量；形成低副瓣波束。本发明能够在球顶阵列存在两维经纬度位置误差的情况下，为球顶阵列构建低副瓣波束权矢量，进而为球顶阵列进行低副瓣波束形成，具有球顶阵列位置误差与实际位置误差拟合度高，低旁瓣波束形成旁瓣低的优点，解决了不考虑阵元位置误差进行低副瓣波束形成导致波束形成效果差和不考虑阵列结构特点模拟阵元位置误差导致拟合度低的问题。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更进一步涉及雷达信号处理技术领域中的一种球顶阵列两维经纬度位置误差的低副瓣波束形成方法。本发明对球顶阵列进行两维经纬度位置误差模拟，在位置误差存在时设计一种低副瓣波束形成权矢量，以此生成球顶阵列的低副瓣波束。

背景技术

在阵列天线中每个阵元天线上设有一个移相器，通过灵活的控制各天线阵元的幅度和相位，从而达到使阵列天线的波束指向和波束形状达到快速改变的目的。阵列天线的组成结构主要包括阵元排列的几何形状和各个阵元的方向性，其中天线阵元的空间特性取决于阵元的几何分布排列结构。然而，实际设计天线过程中会产生天线阵元位置误差，导致天线的波束指向和波束形状发生改变，使阵列雷达性能受到影响。准确模拟阵元位置误差，并在位置误差存在的情况下进行低副瓣波束形成是设计球顶阵列雷达时需要考虑的问题。

霍立寰等人在其发表的论文“基于形变模型的空间阵列位置误差估计方法”(系统工程与电子技术,2018,第40卷(3):504-508)中针对空间阵列位置误差问题，提出一种基于形变模型的误差估计方法。该方法首先根据初始位置采用多重信号分类算法估计角度，然后通过对代价函数进行泰勒一阶近似，最小化代价函数得到阵元位置初步估计；再利用形变模型，对初步估计的位置采用总体最小二乘法获得形变模型参数，并根据形变模型对阵元位置进行优化，更新阵元位置继续迭代直到代价函数收敛。该方法存在的不足之处是，没有对几何形状的阵列结构，没有考虑阵列几何结构特点，导致对阵列位置误差的模拟不够准确。

电子科技大学在其申请的专利文献“一种多约束下的均匀线性阵列低旁瓣波束形成优化方法”(申请号：202010459360.3申请日：2020-05-27申请公布号：CN 111551923 A)中公开了一种多约束下的均匀线性阵列低旁瓣波束形成优化方法。该方法对均匀线阵进行低旁瓣波束形成优化，其实现步骤为：第一步：建立均匀线阵接收信号模型；第二步，以阵列增益作为目标函数；第三步，以主瓣电平、旁瓣电平和权值幅度为约束，建立优化问题；第四步，采用交替方向惩罚算法最大化阵列增益，求解优化问题得到的最优阵列天线加权系数。该方法存在的不足之处是，忽略了阵列位置误差对低副瓣波束形成的影响，导致低副瓣波束形成效果与实际低副瓣波束形成效果存在很大偏差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种球顶阵列两维经纬度位置误差的低副瓣波束形成方法，用于解决模拟阵元位置误差时忽略阵列几何结构特点导致对阵列位置误差的模拟不够准确的问题，以及低副瓣波束形成时忽略阵元位置误差导致低副瓣波束与实际低副瓣波束存在很大偏差的问题。

实现本发明目的的思路是：对球顶阵列引入两维经纬度位置误差用来模拟实际情况中球顶阵列的阵元位置误差，由于两维经纬度位置误差模型使球顶阵列阵元位置误差分布在球面上，具有经纬度两个维度，与实际位置误差拟合度高，解决了现有技术中不考虑阵列结构几何特点导致对阵列位置误差的模拟不够准确的问题。对球顶阵列引入两维经纬度位置误差后，构建低副瓣波束形成权矢量，由于构建低副瓣波束形成权矢量时考虑了阵列位置误差，低副瓣波束形成后依然具有很低的副瓣，解决低副瓣波束形成时忽略阵元位置误差导致低副瓣波束与实际低副瓣波束存在很大偏差的问题。

实现本发明目的的技术方案包括如下步骤：

步骤1，获取三维笛卡尔坐标系中球顶阵列阵元位置信息和角度信息；