基于去耦合的二維波束掃描測角方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于去耦合的二維波束掃描測角方法，主要解決現(xiàn)有大型相控陣雷達傳統(tǒng)二維波束掃描方法運算量大，不滿足實時性的問題。其實現(xiàn)步驟為：1：設定天線陣列參數(shù)和角度掃描信息2：根據(jù)天線陣列參數(shù)和角度掃描信息構(gòu)造y軸和z軸方向的導向矢量并計算y軸和z軸方向的加權(quán)信號3：根據(jù)天線陣列參數(shù)和角度掃描信息構(gòu)造y軸和z軸方向權(quán)矢量矩陣，分別根據(jù)y軸和z軸方向的權(quán)矢量矩陣對y軸和z軸方向的加權(quán)信號作數(shù)字波束形成，得到y(tǒng)軸和z軸方向的波束掃描信號4：分別根據(jù)y軸和z軸方向的波束掃描信號計算測試的方位角和俯仰角本發(fā)明減少了傳統(tǒng)二維波束掃描的運算量，提高了運算速度，可用于目標角度測量。
【專利說明】基于去耦合的二維波束掃描測角方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達探測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種雷達波束掃描測角方法，可用于大型相控陣雷達對目標角度的測量。
【背景技術(shù)】
[0002]由于波束掃描方法原理簡單，易于實現(xiàn)，在波束寬度比較窄、天線接收信號信噪比比較高、且天線陣列副瓣電平較低的情況下，波束掃描方法具有良好的測角性能，因此波束掃描方法被廣泛應用于雷達測角。波束掃描方法的基本原理是通過根據(jù)改變天線的權(quán)值，得到陣列天線在不同的波束指向時，對同一快拍的輸出，求出輸出結(jié)果中的最大值就可以得到目標的角度信息。對于波束掃描方法，其運算量和天線陣元個數(shù)，角度掃描范圍，角度掃描的間隔等因素有關(guān)，在其它條件一定時，天線陣元個數(shù)越大，運算量越大，對于大型相控陣雷達，其陣元數(shù)非常大，一般多達幾千甚至上萬個，因此，對于大型相控陣雷達來說，波束掃描的運算量很大。在一維的波束掃描情況下，因為其角度掃描只在俯仰維或者方位維掃描，所以即使是面對陣元數(shù)很多的大型相控陣雷達，運算量也不會大到影響系統(tǒng)的實時性的地步，但是對于二維的情況來說，由于俯仰維和方位維有耦合，需要同時在方位維和俯仰維進行二維波束掃描，它的運算量理論上為方位維和俯仰維運算量的乘積，因此運算量比一維波束掃描要大得多，不能滿足實時性的要求，影響實際應用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出了一種基于去耦合的二維波束掃描雷達測角方法，以減少二維波束掃描的運算量，提高二維波束掃描的測角速度。
[0004]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)思路是:通過把方位維和俯仰維進行去耦合，把本來耦合的方位維和俯仰維分離，使得二維波束掃描分解為兩個一維波束掃描，來減少二維波束掃描的運算量，提高二維波束掃描測角的速度。其實現(xiàn)步驟包括如下:
[0005](I)設定天線陣列為二維面陣,隨意指定一維為y軸方向，作為行方向，另一維為ζ軸方向，作為列方向，y軸方向的陣元個數(shù)設為Ny，陣元間距設為dy，ζ軸方向的陣元個數(shù)設為Nz，陣元間距設為dz ；
[0006](2)設定一個基準平面P，并在基準平面上建立一個立體坐標系I，隨機選取某個天線陣元作為該坐標系I的原點，天線陣列法線與基準平面法線之間構(gòu)成偏轉(zhuǎn)角β ;
[0007](3)對目標進行檢測，根據(jù)發(fā)射機的發(fā)射數(shù)據(jù)得到天線波束中心俯仰角Θ，方位角Ψ ;
[0008](4)根據(jù)發(fā)射信號波長λ，y軸方向的陣元個數(shù)Ny，陣元間距dy估計y軸方向的波束寬度By ;根據(jù)發(fā)射信號波長λ，ζ軸方向的陣元個數(shù)Νζ，陣元間距dz估計ζ軸方向的波束寬度Bz;
[0009](5)利用Y軸方向的波束寬度By和天線波束中心方位角^計算波束掃描方位角上限R1和下限% '利用ζ軸方向的波束寬度Bz和天線波束中心俯仰角Θ，計算波束掃描俯仰角上限eu和下限ed，設定方位角角度掃描間隔％，俯仰角角度掃描間隔θζ;
[0010](6)根據(jù)天線波束中心方位角V?天線波束中心俯仰角Θ，y軸方向的陣元個數(shù)Ny,陣元間距dy，得到Y(jié)軸方向的導向矢量ay ;根據(jù)天線波束中心方位角，天線波束中心俯仰角θ，ζ軸方向的陣元個數(shù)Nz，陣元間距dz，偏轉(zhuǎn)角β，得到ζ軸方向的導向矢量az ；
[0011](7)設天線陣列接收的目標回波信號為:R == s;....s:y,s:vjj ,
其中sk為天線陣列第k行接收的信號，為一個Ny維的向量，S?為天線陣列第m列接收的信號，為一個Nz維的向量，k = 1，2，...，Nz,m = 1，2，…，Ny, Ny為y軸方向的陣元個數(shù),Nz為ζ軸方向的陣元個數(shù)；利用ζ軸方向的導向矢量^對目標回波信號R作數(shù)字波束形成得到y(tǒng)軸方向的加權(quán)信號sy;利用y軸方向的導向矢量\對目標回波信號R作數(shù)字波束形成得到ζ軸方向的加權(quán)信號Sz ；
[0012](8)根據(jù)波束掃描方位角上下限^ ? ?I和方位角角度掃描間隔?得到y(tǒng)軸方向的權(quán)矢量矩陣Wy;根據(jù)波束掃描俯仰角上下限0U，0(1和俯仰角角度掃描間隔θζ，得到Z軸方向的權(quán)矢量矩陣Wz ;利用y軸方向的權(quán)矢量矩陣Wy對上述y軸方向的加權(quán)信號Sy作數(shù)字波束形成，計算y軸方向的波束掃描信號7工；利用ζ軸方向的權(quán)矢量矩陣Wz對上述ζ軸方向的加權(quán)信號Sz作數(shù)字波束形成，計算ζ軸方向的波束掃描信號Z1 ；
[0013](9)對J軸方向的波束掃描信號Y1做波束掃描，計算測試的方位角對ζ軸方向的波束掃描信號Z1做波束掃描，計算測試的俯仰角I
[0014]本發(fā)明有以下優(yōu)點:
[0015]1.本發(fā)明通過去耦合先把天線陣列接收的二維信號分解成兩個一維信號，再對兩個一維信號分別進行波束掃描，從而降低了二維波束掃描測角的運算量，提高了二維波束掃描測角的速度。
[0016]2.本發(fā)明在把天線陣列接收的二維信號轉(zhuǎn)化成兩個一維信號的過程中，對接收信號進行了數(shù)字波束形成，對接收信號進行了積累，從而保證了本發(fā)明方法測角的精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是現(xiàn)有大型天線陣列雷達天線示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的實施流程圖；
[0019]圖3目標對準的測角均方根誤差曲線圖；
[0020]圖4方位角偏2度的測角均方根誤差曲線圖；
[0021]圖5俯仰角偏2度的測角均方根誤差曲線圖；
[0022]圖6俯仰角，方位角偏2度的測角均方根誤差曲線圖；
[0023]圖7本發(fā)明與傳統(tǒng)二維波束掃描方法的運算量對比圖。
【具體實施方式】
[0024]參照圖1，大規(guī)模天線陣列由均勻分布的天線陣列構(gòu)成，基準坐標系為立體坐標系xyz，o為坐標系原點，基準平面P為yoz坐標系所在平面，檢測到的目標為T，y軸方向陣元間距為dy，Z軸方向陣元間距為dz，目標真實的俯仰角為0t，方位角為與，天線陣列面法線L與X軸的夾角為偏轉(zhuǎn)角β。
[0025]參照圖2，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下:
[0026]步驟1:設定天線陣列參數(shù)。
[0027]從二維天線陣列中，隨意指定一維為y軸方向，作為行方向，另一維則為ζ軸方向，作為列方向；
[0028]根據(jù)實際工程需要設定y軸方向的陣元個數(shù)Ny，陣元間距dy ；z軸方向的陣元個數(shù)Nz,陣元間距dz。
[0029]步驟2:設定一個基準平面P，并在基準平面上建立一個立體坐標系I，隨機選取某個天線陣元作為該坐標系I的原點，得到天線陣列法線與基準平面法線之間的夾角，記作偏轉(zhuǎn)角β。
[0030]步驟3:對目標進行檢測，根據(jù)發(fā)射機的發(fā)射數(shù)據(jù)得到天線波束中心俯仰角Θ，方位角爐"
[0031]步驟4:估計y軸方向的波束寬度By和ζ軸方向的波束寬度Βζ。
[0032](4a)根據(jù)發(fā)射信號波長λ，y軸方向的陣元個數(shù)Ny，陣元間距dy，估計y軸方向的波束寬度By:
50,11
[0033]氣=? Μ.............?_.....，
(N -l)d
' Vf y
[0034](4b)根據(jù)發(fā)射信號波長λ，z軸方向的陣元個數(shù)Nz，陣元間距dz，估計ζ軸方向的波束寬度Bz:
50.U
[0035],
(N -l)d
、? , 2
[0036]步驟5:計算波束掃描方位角上限ft和下限《I?波束掃描俯仰角上限eu和下限θ d，并設定方位角角度掃描間隔-V與俯仰角角度掃描間隔Θ z。
[0037](5a)利用y軸方向的波束寬度By和天線波束中心方位角計算波束掃描方位角上限仍和下限
[0038]
Pu =φ-\- B /2
[0039]
φ? =φ-? 2。
[0040](5b)利用ζ軸方向的波束寬度Bz和天線波束中心俯仰角Θ，計算波束掃描俯仰角上限eu和下限ed:
[0041]Θ u = θ+Βζ/2
[0042]Θ d = θ-Βζ/2。
[0043](5c)根據(jù)測角精度和測角速度折中設定方位角角度掃描間隔￥與俯仰角角度掃描間隔θζ，在其他參數(shù)不變的情況下，和θζ越小，測角精度越大，但是運算量也越大。
[0044]步驟6:構(gòu)造y軸方向的導向矢量ay，ζ軸方向的導向矢量az。
[0045](6a)根據(jù)天線波束中心方位角^，天線波束中心俯仰角Θ，發(fā)射信號波長λ ^軸方向的陣元個數(shù)Ny,陣元間距dy,構(gòu)造y軸方向的導向矢量ay:
[0046]
rf.J/2,τ~7~sin(i/2/r f.V.1 i—-廠
Ejj = [I,C ^4] t
[0047]其中T表示轉(zhuǎn)置，j為虛數(shù)單位；
[0048](6b)根據(jù)天線波束中心方位角f*，天線波束中心俯仰角Θ，發(fā)射信號波長λ，z軸方向的陣元個數(shù)Nz，陣元間距dz，偏轉(zhuǎn)角β，構(gòu)造ζ軸方向的導向矢量az:
[0049]
ff ^ j 2 ^sn (? μι -- β I cos ι φ HOsi O Ksjnc β ι);2 Λ I i(s；n?O khks(// ) i φ jc<\s( t),-
K =fl,c /:,...,c /；]...
[0050]步驟7:天線陣列接收目標回波信號，并計算y軸方向的加權(quán)信號Sy和Z軸方向的加權(quán)信號Sz。
[0051](7a)天線陣列接收的目標回波信號為:R = [sp...為，…,=
其中sk為天線陣列第k行接收的信號，為一個Ny維的向量，i?為天線陣列第m列接收的信號，為一個Nz維的向量，k = 1，2，...，Nz,m = 1，2，…，Ny, Ny為y軸方向的陣元個數(shù),Nz為ζ軸方向的陣元個數(shù)；
[0052](7b)利用Z軸方向的導向矢量az對目標回波信號R作數(shù)字波束形成得到y(tǒng)軸方向的加權(quán)信號Sy:
[0053]Sy = af Rr ,
[0054]其中H表示共軛轉(zhuǎn)置；
[0055](7c)利用y軸方向的導向矢量ay對目標回波信號R作數(shù)字波束形成得到ζ軸方向的加權(quán)信號Sz:
[0056]S, =a*R?
[0057]步驟8:獲取y軸方向的波束掃描信號Y1和ζ軸方向的波束掃描信號
[0058](Sa)根據(jù)發(fā)射信號波長λ，天線波束中心俯仰角Θ，波束掃描方位角上下限％，Ψ? ' y軸方向的陣元個數(shù)Ny，陣元間距dy和方位角角度掃描間隔A >構(gòu)造y軸方向的權(quán)矢量矩陣Wy:
[0059]Wf =K v，w》..],k=l，2，n,
[0060]其中，=[1乂4_一—Y，Λ=((Λ?*，^ q 表示取整操作，Λ U.*-O--,.;
[0061](8b)根據(jù)發(fā)射信號波長λ，天線波束中心方位角偏轉(zhuǎn)角β，波束掃描俯仰角上下限0u，0d，z軸方向的陣元個數(shù)Nz，陣元間距(12和俯仰角角度掃描間隔θζ，構(gòu)造z軸方向的權(quán)矢量矩陣Wz:
[0062] Wl=|~w ,..,5W.S.,,,W.1 々 = 1,2,.…m
λ L —ι..-?■」.，
Jd
r _ _ - _η-M-J-T-- s..{{{ Wsisi ff,Of ^?Pt<#}}j I T-.-( Λ)rOs(//> sjll(y> >COS(R hilH/f}}_
L00b3-1 兵〒，w% ? [l,e Λ1]，m =
((eu-0d)/ez)% ek= ed+(k-1) θζ；
[0064](8c)利用y軸方向的權(quán)矢量矩陣Wy對y軸方向的加權(quán)信號Sy作數(shù)字波束形成，計算I軸方向的波束掃描信號Y1:
[0065]yt =WjwS^;
[0066](8d)利用ζ軸方向的權(quán)矢量矩陣Wz對ζ軸方向的加權(quán)信號Sz作數(shù)字波束形成，計算ζ軸方向的波束掃描信號Z1:
[0067]I1 = W:"S: ?,
[0068]步驟9:計算測試的方位角P:和俯仰角i β
[0069](9a)找到y(tǒng)軸方向的波束掃描信號Y1模值最大點所在的行數(shù)nm，并計算測試的方位角
[0070]
φ = φΛ.￥{ηΜ-1)φ? ,
[0071]其中為波束掃描方位角下限，&為方位角角度掃描間隔；
[0072](9b)找到ζ軸方向的波束掃描信號Z1模值最大點所在的行數(shù)mm，并計算測試的俯仰角1:
[0073]0 = 0 ι (IHm — I )0_ f
[0074]其中Qd為波束掃描俯仰角下限，θζ為俯仰角角度掃描間隔。
[0075]本發(fā)明的效果可以通過以下仿真進一步說明:
[0076]I)仿真條件
[0077]本發(fā)明仿真實驗中軟件平臺為MATLAB R2010a，設定y軸方向的陣元個數(shù)Ny和ζ軸方向的陣元個數(shù)Nz相同，為Ny = Nz = 16。發(fā)射信號波長λ = lm, y軸方向的陣元間距dy = λ /2, ζ軸方向的陣元間距dz = λ /2,天線陣列法線與基準平面法線夾角β = O度。目標真實俯仰角9t = 2度，真實方位角與=0度，方位角角度搜索間隔⑦和俯仰角角度搜索間隔θ z均設為0.15度，蒙特卡洛次數(shù)Mc = 1000。
[0078]2)仿真內(nèi)容及結(jié)果:
[0079]仿真1，在上述條件下，設定目標回波信號的信噪比SNR變化范圍為-1OdB到10dB，變化的間隔為2dB，天線波束中心俯仰角Θ = 2度，方位角-=0度，利用本發(fā)明方法和傳統(tǒng)二維波束掃描方法分別計算測試方位角和測試俯仰角，根據(jù)兩種方法的測試俯仰角仿真出兩種方法俯仰角均方誤差隨目標回波信號信噪比的變化；根據(jù)兩種方法的測試方位角仿真出兩種方法方位角均方誤差隨目標回波信號信噪比的變化，結(jié)果如圖3所示:
[0080]由圖3可知，在天線完全對準目標的情況下，本發(fā)明方法和傳統(tǒng)二維波束掃描方法的俯仰角均方誤差和方位角均方誤差均隨目標回波信號信噪比的增大而減小，且減小速度相差無幾，當目標回波信號信噪比較高時，本發(fā)明方法的俯仰角均方誤差和方位角均方誤差均下降到0.2度，已經(jīng)能夠滿足實際測角需求，且精度和傳統(tǒng)二維波束掃描方法相差無幾。
[0081]仿真2，在上述條件下，設定目標回波信號的信噪比SNR變化范圍為-1OdB到
10dB，變化的間隔為2dB，本發(fā)明方法天線波束中心俯仰角Θ = O度，方位角P = O度，傳統(tǒng)二維波束掃描方法天線波束中心俯仰角和方位角同仿真1，利用本發(fā)明和傳統(tǒng)二維波束掃描方法分別計算測試方位角和測試俯仰角，根據(jù)兩種方法的測試俯仰角仿真出兩種方法俯仰角均方誤差隨目標回波信號信噪比的變化；根據(jù)兩種方法的測試方位角仿真出兩種方法方位角均方誤差隨目標回波信號信噪比的變化，結(jié)果如圖4所示:
[0082]由圖4可知，天線波束中心俯仰角偏離目標2度時，仿真結(jié)果與天線完全對準目標的情況基本相同，本發(fā)明方法和傳統(tǒng)二維波束掃描方法的俯仰角均方誤差和方位角均方誤差均隨目標回波信號信噪比的增大而減小，且減小速度相差無幾，只是在信噪比比較低時，本發(fā)明方法的俯仰角均方誤差均會稍大于傳統(tǒng)二維波束掃描方法的俯仰角均方誤差，當目標回波信號信噪比較高時，本發(fā)明方法的俯仰角均方誤差和方位角的均方誤差均下降到
0.2度，已經(jīng)能夠滿足實際測角需求，且精度和傳統(tǒng)二維波束掃描方法相差無幾。
[0083]仿真3，在上述條件下，設定目標回波信號的信噪比SNR變化范圍為-1OdB到10dB，變化的間隔為2dB，本發(fā)明方法天線波束中心俯仰角Θ = 2度，方位角f = 2度，傳統(tǒng)二維波束掃描方法天線波束中心俯仰角和方位角同仿真1，利用本發(fā)明和傳統(tǒng)二維波束掃描方法分別計算測試方位角和測試俯仰角，根據(jù)兩種方法的測試俯仰角仿真出兩種方法俯仰角均方誤差隨目標回波信號信噪比的變化；根據(jù)兩種方法的測試方位角仿真出兩種方法方位角均方誤差隨目標回波信號信噪比的變化，結(jié)果如圖5所示:
[0084]由圖5可知，天線波束中心方位角偏離目標2度時，仿真結(jié)果與天線完全對準目標的情況基本相同，本發(fā)明方法和傳統(tǒng)二維波束掃描方法的俯仰角均方誤差和方位角均方誤差均隨目標回波信號信噪比的增大而減小，且減小速度相差無幾，只是在信噪比比較低時，本發(fā)明方法的方位角均方誤差會稍大于傳統(tǒng)二維波束掃描方法的方位角均方誤差，當回波信號信噪比較高時，本發(fā)明方法的俯仰角均方誤差和方位角均方誤差均下降到0.2度，已經(jīng)能夠滿足實際測角需求，且精度和傳統(tǒng)二維波束掃描方法相差無幾。
[0085]仿真4，在上述條件下，設定目標回波信號信噪的比SNR變化范圍為-1 OdB到1dB,變化的間隔為2dB，本發(fā)明方法天線波束中心俯仰角Θ = O度，方位角# = 2度，傳統(tǒng)二維波束掃描方法天線波束中心俯仰角和方位角同仿真1，利用本發(fā)明和傳統(tǒng)二維波束掃描方法分別計算測試方位角和測試俯仰角，根據(jù)兩種方法的測試俯仰角仿真出兩種方法俯仰角均方誤差隨目標回波信號信噪比的變化；根據(jù)兩種方法的測試方位角仿真出兩種方法方位角均方誤差隨目標回波信號信噪比的變化，結(jié)果如圖6所示:
[0086]由圖6可知，天線波束中心方位角和俯仰角均偏離目標2度時，仿真結(jié)果與天線完全對準目標的情況基本相同，本發(fā)明方法和傳統(tǒng)二維波束掃描方法的俯仰角均方誤差和方位角均方誤差均隨回波信號信噪比的增大而減小，且下降速度相差無幾，只是在信噪比比較低時，本發(fā)明方法的方位角均方誤差和俯仰角均方誤差均會稍大于傳統(tǒng)二維波束掃描方法的方位角均方誤差和俯仰角均方誤差，當回波信號信噪比較高時，本發(fā)明方法的俯仰角均方誤差和方位角均方誤差均下降到0.2度，已經(jīng)能夠滿足實際測角需求，且精度和傳統(tǒng)二維波束掃描方法相差無幾。
[0087]仿真5，改變y軸方向的陣元個數(shù)Ny和ζ軸方向的陣元個數(shù)Nz，設定Ny，Nz相同且依次變化為200，400，800，1600，3200，在上述其他仿真條件不變的情況下，分別仿真出本發(fā)明方法運算量和傳統(tǒng)二維波束掃描方位運算量隨天線陣元Ny，Nz變化的對數(shù)曲線，其中對數(shù)曲線以10為底數(shù)，結(jié)果如圖7所示:
[0088]從圖7可以看出，在其他條件一定的情況下，本發(fā)明方法的運算量遠小于傳統(tǒng)二維波束掃描方法的運算量。
[0089]綜上可知，本發(fā)明的方法能用于大型相控陣雷達利用波束掃描法對目標的角度信息進行測量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于去耦合的二維波束掃描測角方法，包括如下步驟: (1)設定天線陣列為二維面陣，隨意指定一維為y軸方向，作為行方向，另一維為z軸方向，作為列方向，y軸方向的陣元個數(shù)設為Ny，陣元間距設為dy，z軸方向的陣元個數(shù)設為Nz,陣元間距設為dz ； (2)設定一個基準平面P，并在基準平面上建立一個立體坐標系I，隨機選取某個天線陣元作為該坐標系I的原點，天線陣列法線與基準平面法線之間構(gòu)成偏轉(zhuǎn)角β ； (3)對目標進行檢測，根據(jù)發(fā)射機的發(fā)射數(shù)據(jù)得到天線波束中心俯仰角Θ，方位角#; (4)根據(jù)發(fā)射信號波長λ，y軸方向的陣元個數(shù)Ny，陣元間距dy估計y軸方向的波束寬度By ;根據(jù)發(fā)射信號波長λ，ζ軸方向的陣元個數(shù)Νζ，陣元間距dz估計z軸方向的波束寬度Bz; (5)利用y軸方向的波束寬度By和天線波束中心方位角Ψ汁算波束掃描方位角上限^和下限Λ 5利用ζ軸方向的波束寬度Bz和天線波束中心俯仰角Θ，計算波束掃描俯仰角上限eu和下限ed，設定方位角角度掃描間隔※，俯仰角角度掃描間隔θζ; (6)根據(jù)天線波束中心方位角天線波束中心俯仰角Θ，y軸方向的陣元個數(shù)Ny，陣元間距dy，得到y(tǒng)軸方向的導向矢量ay ;根據(jù)天線波束中心方位角-，天線波束中心俯仰角θ，ζ軸方向的陣元個數(shù)Nz,陣元間距dz,偏轉(zhuǎn)角β ,得到ζ軸方向的導向矢量az ； (7)設天線陣列接收的目標回波信號為=I = s;，...sm，…，,其中Sk為天線陣列第k行接收的信號，為一個Ny維的向量，Sm為天線陣列第m列接收的信號，為一個Nz維的向量，k = 1，2，...，Nz, m = 1，2，...，Ny, Ny為y軸方向的陣元個數(shù)，Nz為ζ軸方向的陣元個數(shù)；利用ζ軸方向的導向矢量az對目標回波信號R作數(shù)字波束形成得到y(tǒng)軸方向的加權(quán)信號sy ;利用y軸方向的導向矢量ay對目標回波信號R作數(shù)字波束形成得到ζ軸方向的加權(quán)信號sz; (8)根據(jù)波束掃描方位角上下限％，ft和方位角角度掃描間隔％，得到y(tǒng)軸方向的權(quán)矢量矩陣Wy;根據(jù)波束掃描俯仰角上下限0u，0(1和俯仰角角度掃描間隔θζ，得到ζ軸方向的權(quán)矢量矩陣Wz ;利用y軸方向的權(quán)矢量矩陣Wy對上述y軸方向的加權(quán)信號Sy作數(shù)字波束形成，計算I軸方向的波束掃描信號I1 ;利用ζ軸方向的權(quán)矢量矩陣Wz對上述ζ軸方向的加權(quán)信號Sz作數(shù)字波束形成，計算ζ軸方向的波束掃描信號Z1 ； (9)對y軸方向的波束掃描信號Y1做波束掃描，計算測試的方位角fI對ζ軸方向的波束掃描信號Z1做波束掃描，計算測試的俯仰角1.
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去耦合的二維波束掃描測角方法，其中所述步驟(4)中的估計I軸方向的波束寬度By，按如下公式進行； 0 ^ 50,12
IJ.,=
,(Ny--1)Ily 其中λ為發(fā)射信號波長，dySy軸方向的陣元間距，NySy軸方向的陣元個數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去耦合的二維波束掃描測角方法，其中所述步驟(4)中的估計ζ軸方向的波束寬度Bz，按如下公式進行:
其中λ為發(fā)射信號波長，4為ζ軸方向的陣元間距，Nz為ζ軸方向的陣元個數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去耦合的二維波束掃描測角方法，其中所述步驟(5)中的計算波束掃描方位角上限爐和下限％，波束掃描俯仰角上限eu和下限ed，分別按如下公式進行:φ?/2Λ =V^Br/2 K= θ+Βζ/2
0d= θ -Βζ/2 其中，ByS y軸方向的波束寬度，#為天線波束中心方位角，BzS ζ軸方向的波束寬度，Θ為天線波束中心俯仰角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去耦合的二維波束掃描測角方法，其中所述步驟(6)中的I軸方向的導向矢量ay，ζ軸方向的導向矢量az，分別表示如下
其中，T表示轉(zhuǎn)置，λ為發(fā)射信號波長，j為虛數(shù)單位，dySy軸方向的陣元間距，4為ζ軸方向的陣元間距，NySy軸方向的陣元個數(shù)，Nz為ζ軸方向的陣元個數(shù)，Θ為天線波束中心俯仰角，-為天線波束中心方位角，β為偏轉(zhuǎn)角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去耦合的二維波束掃描測角方法，其中所述步驟(7)中的I軸方向的加權(quán)信號sy, ζ軸方向的加權(quán)信號Sz，分別按如下公式計算:
其中H表不共軛轉(zhuǎn)置，T表不轉(zhuǎn)置，ay為y軸方向的導向矢量，az為ζ軸方向的導向矢量，R為天線陣列接收的目標回波信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去耦合的二維波束掃描測角方法，其中所述步驟(8)中的計算I軸方向的波束掃描信號yi，ζ軸方向的波束掃描信號Z1，按如下步驟進行: (7a)構(gòu)造y軸方向的權(quán)矢量矩陣Wy:
其中
表示取整操作，11和爐波束掃描方位角上下限，^為方位角角度掃描間隔，T表示轉(zhuǎn)置，λ為發(fā)射信號波長，j為虛數(shù)單位，尖為7軸方向的陣元間距，NySy軸方向的陣元個數(shù)，Θ為天線波束中心俯仰角；(7b)構(gòu)造ζ軸方向的權(quán)矢量矩陣Wz:W.=fwr ,...,W ，…，w I k = 1,2,.,,,Λ? ~ L z1-?: J J, 甘！+!Will/!))jt-τΛ: I ,V.4Xiii(?,)sii(/<J)— 其 屮 w% =[l?e 1，…,e ^f, m =((0u-0d)/0z)q，q表示取整操作，0k= 0d+(k-D θζ,為波束掃描俯仰角上下限，θ z為俯仰角角度掃描間隔，T表示轉(zhuǎn)置，λ為發(fā)射信號波長，j為虛數(shù)單位，dz為Z軸方向的陣元間距，Nz為Z軸方向的陣元個數(shù)，-為天線波束中心方位角，β為偏轉(zhuǎn)角； (7c)按如下公式分別計算y軸方向的波束掃描信號yi，ζ軸方向的波束掃描信號Z1: y, = wX；I'
Z1 = w!#sr
" f 其中H表示共軛轉(zhuǎn)置，T表示轉(zhuǎn)置，Wy為y軸方向的權(quán)矢量矩陣，Sy為y軸方向的加權(quán)信號，Wz為ζ軸方向的權(quán)矢量矩陣，Sz為ζ軸方向的加權(quán)信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去耦合的二維波束掃描測角方法，其中所述步驟(9)中的計算測試的方位角?和俯仰角i,按如下步驟進行: (Sa)找到j軸方向的波束掃描信號yi模值最大點所在的行數(shù)nm，按如下公式計算測試的方位角I^:φ = φ4+ (ι?Λ—IJfJjr f 其中ft為波束掃描方位角下限，※為方位角角度掃描間隔； (Sb)找到ζ軸方向的波束掃描信號Z1模值最大點所在的行數(shù)mm，按如下公式計算測試的俯仰角11
θ = &4 +(/?,?—1)￡， 其中Qd為波束掃描俯仰角下限，θζ為俯仰角角度掃描間隔。
【文檔編號】G01S13/68GK104200110SQ201410456330
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】趙永波, 傅冬愷, 程增飛, 劉宏偉, 水鵬朗, 馮大政 申請人:西安電子科技大學