[发明专利]用于空域覆盖的波位设计方法

说明书

本发明公开一种用于空域覆盖的波位设计方法，旨在提供一种可无缝覆盖大空域范围，且不会因目标运动而造成漏扫的波位设计方法。本发明通过下述技术方案予以实现：根据空天信息系统的波束个数和波束指向范围进行初步区域划分，并计算单区域内的波束个数；根据空天信息系统的最低覆盖俯仰角、驻留时间、目标动态和单区域波束个数，基于波束投影理论设计不同波束宽度条件下的扫描波位，并计算不同波束宽度条件下设计波位的波束利用率；基于波束利用率随波束宽度的变化情况，选择最大波束利用率条件下的设计波位；调整设计波位在不同俯仰角处的波位个数和方位向指向，优化所述初步区域划分，得到波位的最终设计结果。

技术领域

本发明涉及空天信息领域，更具体地，涉及空天信息领域中一种用于空域覆盖的波位设计方法。

背景技术

对于卫星、无人机、雷达等空间信息系统，其自身空间位置的准确性关系到系统的自身安全以及工作效能，因此需要对其进行高精度位置标定或测控。以对飞行器的测控为例，为对在大空域范围内任意分布的多目标实现同时测控，需首先解决目标的“发现”也即目标的空域方向估计问题。但由于测控信号信噪比极低，常规测向算法对失效，目标的空域方向估计需根据有限的波束资源，在驻留时间、目标动态等约束下，通过控制波位指向实现大空域范围内动目标的有效覆盖，并辅助以信号识别算法实现大空域范围内动目标的方向估计。另一方面，对于将空间信息作为目标对象的系统来说，在例如卫星成像、侦查等领域，空域是其不可获缺的一个特征量，也需要进行波位设计、扫描等其他处理，以实现低资源消耗条件下的指定空域覆盖。

扫描ScanSAR波位设计相当复杂，也非常重要，它直接影响到地球上的覆盖区域和图像质量。在工程上，应充分考虑各种误差对各指标的影响，比如相控阵天线的幅相误差、天线阵面热变形和天线展开引起的误差、地球自转和卫星姿态扰动对多普勒中心频率和多普勒调频率的影响等，这些误差使模糊度指标下降，影响波位的选择。现有技术提出了一种雷达角度搜索的扫描方法，设计波位呈中心向外展开的螺旋型以覆盖整个空域，按照小于波位直径的距离步长和以黄金角作为旋转步长的设计方案，从一个波位确定其下一个波位。但所述波位设计方法将波位对应方位角和俯仰角看作二维平面上的点进行处理，仅适用于空域范围较小的情况，无法直接推广到大空域范围的场景，且没有考虑目标运动对扫描造成的漏扫问题。

另一现有技术提出了基于多平面拼接的多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线。多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线采用七面阵围成台体的形式的卫星通信相控阵天线，利用七个面围成一个半台体，其中顶面为一个平面，侧边为六个与大地成相同夹角的平面，每个平面上布置四个贴片天线，每一面阵波束分别覆盖空域中不同的部分，其中顶部的面阵形成的波束覆盖上半空间的部分区域，侧面的六个面阵产生的波束分别覆盖低仰角空域。在每一面阵中，由四单元组成的相控阵可进行较小空域范围内的波束扫描，其中，顶面子阵波束扫描覆盖的区域中的每一个区域分别在俯仰面上覆盖20-50度，方位面上覆盖70度，需要六个波束覆盖这个区域。在方位面0-360内，分别由侧面6个四单元子阵形成波束覆盖，其中相邻两个子区域有20度的交叠区域，侧面子阵向一侧扫描20，每一个面阵的波束宽度为60，会有部分区域均不被相邻两个子阵的波束覆盖，每一个子阵向方位面的同一侧边进行扫描，以覆盖整个方位面0-360度的空间。在空间中，需要19个波位覆盖全空域。当该类拼接阵列的大空域覆盖系统的波束指向不同时，对应的波位宽度不同，因此现有技术提供的在大空域范围内的波位设计需根据系统指向每个角度的波束宽度进行逐个波位分析，但随着覆盖大空域范围波位数量的增加，所述波位设计方法效率极低，并且波位间的重叠区域大小难以根据目标动态进行调整。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种可无缝覆盖大空域范围，且不会因目标运动而造成漏扫的波位设计方法，以解决在给定波束宽度、波束个数、波束指向范围、波束驻留时间和目标动态约束条件下的高波束利用率波位设计问题。