[发明专利]基于异型阵的子阵数字和差单脉冲测角方法

说明书

本发明公开了一种基于异形阵的子阵数字和差单脉冲测角方法，解决了均匀划分子阵自由度低加窗无效，以及异形阵测角无法划分相同子阵的问题。实现步骤有：优化子阵的初始位置使得子阵相位中心在方位维投影不重合且近似均匀，在方位维等效为一个近似的均匀线阵；阵元级接收信号模型，包括信号、干扰和噪声；阵元级接收数据转换到子阵级，在子阵级进行波束形成；方位维俯仰维测角分别加权形成两个不同指向的波束；方位维俯仰维和差波束；方位维俯仰维和差比曲线；对目标进行测角。本发明优化子阵位置，增加方位维的自由度，实现有效加窗；同时，在子阵级进行数字和差单脉冲测角，充分利用天线孔径，提高测角精度，用于弹载平台雷达测角。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，主要涉及雷达对目标的侧角，具体是一种基于异型阵的子阵数字和差单脉冲测角方法，用于弹载平台。

背景技术

和差单脉冲测角，只需要一个雷达脉冲回波就可以同时获得目标的方位、俯仰和距离信息。和差单脉冲测角系统由于其角跟踪精度高，同时结合阵列天线的自适应数字波束形成技术，构成具有抗干扰能力的跟踪系统而得到了广泛的应用。目前，和差单脉冲测主要有传统相位和差单脉冲测角和传统振幅和差单脉冲测角。

传统和差单脉冲测角，将天线阵列划分为两个或者四个完全相同的阵列。在一个角平面内，两个单元波束部分重叠，重叠方向为天线轴线。将这两个单元收到的回波信号进行比较，得到目标在这个平面上的角误差信号。当目标位于天线轴线上时，各波束回波信号的振幅和相位相等，角误差信号为零；当目标偏离天线轴线时，两波束回波信号的振幅和相位不相等，产生角误差信号，可以测出目标的俯仰角和方位角。利用此角误差电压驱动电机，使天线向减小误差的方向运动，直到天线轴线对准目标的方向。

在某些雷达系统中，往往是成千上万阵元组成的大型相控阵天线。如果系统在每个天线阵元后加一套接收系统，这样的系统在工程上是无法实现的。成千上万的接收系统带来巨大的硬件成本，与此同时，海量的数据量对系统的存储能力与处理速度都提出了更高的要求。如果采用全阵阵列信号处理的方式，所需的运算量与存储量极大，收敛性能极差。为了克服工程上面临的问题，常常采用部分阵列信号处理。通常，需要先从物理上进行降维，即就是子阵划分，然后再进行阵列信号处理。

葛佩等人在论文“一种平面阵的非均匀子阵划分方法”(火控雷达技术，2012，41(3)：13-17)介绍了均匀子阵划分和一种非均匀子阵划分，其中均匀子阵划分在子阵级加权时，自由度降低，无法进行有效的加窗，会有栅瓣和栅零点的问题。

曾操等人在论文“相控阵子阵级和差多波束测角方法”(西安电子科技大学学报：自然科学版，2013，40(1):19-25)提出了对称取反和差多波束测角和四指向和差多波束测角。但是均是将天线阵列划分成4个相同阵列，通过4个相同阵列形成测角中需要的4个不同波束指向的方向图，孔径利用效率比较低，对于异型阵无法进行这样的划分；同时，在划分的阵列进行全阵波束形成，实际应用中计算量比较大。

总之，在子阵级数字波束形成时，多个阵元共用一个接收通道，波束形成对应的加权矢量的维数小于阵元的个数，自由度小于阵元数。自由度损失，无法进行有效加窗降低方向图的副瓣电平，方向图副瓣电平较高。同时，传统的和差单脉冲侧角划分两个或者四个个相等的子阵，对于异型阵，无法划分出这样完全相同的子阵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出了一种增加方位维自由度，实现方位维有效加窗，进而提高测角精度的基于异型阵的子阵数字和差单脉冲测角方法。

本发明是一种基于异型阵的子阵数字和差单脉冲测角方法，包括如下步骤：

(1)优化每行子阵第一个子阵的初始位置，划分的子阵相邻行之间方位维左右交叉排列，使得所有子阵的相位中心在方位维的投影互不重合，优化后形成一个异型阵：