阅读说明：本技术 一种基于四臂螺旋天线的二维测角方法 (Two-dimensional angle measurement method based on four-arm helical antenna ) 是由 魏宪举 陈玲 王鹏 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于四臂螺旋天线的二维测角方法,涉及雷达技术领域,该方法利用基于四臂螺旋天线的被动测向系统对不同角度处的样本目标进行测向采集得到角度信息及其对应的原始天线波束的样本数据,计算四个原始天线波束的和波束和差波束并分别对和波束和差波束进行不同的波束运算得到四个偏轴正交波束,利用和波束、差波束和四个偏轴正交波束得到第一参数、第二参数和第三参数,基于处理后的样本数据采用最小二乘法拟合得到角度信息与第一参数、第二参数和第三参数之间的测角函数关系,然后可以利用测角函数关系进行测角,这种二维拟合修正测角的方法可以有效提高测角的精度。(The invention discloses a two-dimensional angle measurement method based on a quadrifilar helix antenna, relating to the technical field of radar, the method comprises the steps of carrying out direction-finding acquisition on sample targets at different angles by using a passive direction-finding system based on a four-arm helical antenna to obtain angle information and sample data of original antenna beams corresponding to the angle information, calculating sum beams and difference beams of the four original antenna beams, carrying out different beam operations on the sum beams and the difference beams respectively to obtain four off-axis orthogonal beams, obtaining a first parameter, a second parameter and a third parameter by using the sum beams, the difference beams and the four off-axis orthogonal beams, fitting by using a least square method based on the processed sample data to obtain a measured angle function relation between the angle information and the first parameter, the second parameter and the third parameter, and then angle measurement can be carried out by utilizing the angle measurement function relation, and the method for correcting the angle measurement through two-dimensional fitting can effectively improve the precision of the angle measurement.)

一种基于四臂螺旋天线的二维测角方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其是一种基于四臂螺旋天线的二维测角方法。

背景技术

双模螺旋宽带测向系统主要应用于超宽带被动测向系统中，在被动测向系统中常用双模四臂螺旋天线，四臂螺旋可通过两个对称臂之间的关系来确定方位角和俯仰角，以达到测向的目的，现有基于四臂螺旋天线的被动测向系统主要利用天线辐射的和模(M1模)和差模(M2模)基于预先制作的查找表来确定测角结果，四臂螺旋天线和模和差模曲线如图1所示，但四臂螺旋天线比幅、比相测角中相位受环境影响较大，容易出现测角不精确的情况。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于四臂螺旋天线的二维测角方法，本发明的技术方案如下：

一种基于四臂螺旋天线的二维测角方法，该方法包括：

利用基于四臂螺旋天线的被动测向系统对不同角度处的样本目标进行测向，在每一次测向中确定样本目标的角度信息以及对应的通过四臂螺旋天线获取到的四个原始天线波束得到一组样本数据；

对于每一组样本数据，计算四个原始天线波束的和波束和差波束并分别对和波束和差波束进行不同的波束运算得到四个偏轴正交波束；根据和波束与差波束得到第一参数，根据其中一组对角的两个偏轴正交波束与和波束确定第二参数、根据另外一组对角的两个偏轴正交波束与和波束确定第三参数，得到处理后的样本数据；

基于处理后的样本数据采用最小二乘法拟合得到角度信息与第一参数、第二参数和第三参数之间的测角函数关系；

利用基于四臂螺旋天线的被动测向系统获取待测目标的四个原始天线波束并确定对应的第一参数、第二参数和第三参数输入测角函数关系，得到待测目标的角度信息。

其进一步的技术方案为，根据和波束与差波束得到第一参数，包括确定第一参数为其中，Δ为差波束，Σ是和波束，符号||表示波束的幅度。

其进一步的技术方案为，根据其中一组对角的两个偏轴正交波束与和波束确定第二参数、根据另外一组对角的两个偏轴正交波束与和波束确定第三参数，包括：

确定第二参数为确定第三参数为其中，B1和B3是一组对角的两个偏轴正交波束，B2和B4是另一组对角的两个偏轴正交波束，Σ是和波束，符号||表示波束的幅度。

其进一步的技术方案为，基于处理后的样本数据采用最小二乘法拟合得到角度信息与第一参数、第二参数和第三参数之间的测角函数关系，包括按照的形式拟合得到角度信息与第一参数k1、第二参数k2和第三参数k3之间的测角函数关系，i,j,m为参数且i+j+m≤3，λ(i,j,m)为系数。

其进一步的技术方案为，计算四个原始天线波束的和波束和差波束并分别对和波束和差波束进行不同的波束运算得到四个偏轴正交波束，包括：

确定和波束为Σ＝P1-j*P2-P3+j*P4、差波束为Δ＝P1-P2+P3-P4，P1、P2、P3、P4分别为四个原始天线波束；

确定四个偏轴正交波束B1、B2、B3、B4分别为其中，B1和B3为一组对角的两个偏轴正交波束，B2和B4为另一组对角的两个偏轴正交波束。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种基于四臂螺旋天线的二维测角方法，该方法基于原始的四个原始天线波束构建得到三个中间参数，然后采用最小而乘拟合得到角度信息与中间参数的函数关系，这种二维拟合修正测角的方法可以有效提高测角的精度。

附图说明

图1是四臂螺旋天线和模和差模曲线的示意图。

图2是本申请公开的二维测角方法的流程图。

图3是本申请得到的第一参数的曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种基于四臂螺旋天线的二维测角方法，该方法包括两部分，测角函数关系拟合部分，以及，实际测角部分，请参考图2所示的流程图。测角函数关系拟合部分主要包括如下步骤：

步骤S1，利用基于四臂螺旋天线的被动测向系统对不同角度处的样本目标进行测向，在每一次测向中确定样本目标的角度信息以及对应的通过四臂螺旋天线获取到的四个原始天线波束P1、P2、P3、P4得到一组样本数据。本申请中的角度信息包括方位角α和俯仰角β，则每一次测向得到的一组样本数据可以表示为{(α,β),(P1,P2,P3,P4)}。

步骤S2，对每一组样本数据进行数据处理得到处理后的样本数据，主要是利用每一组样本数据中的四个原始天线波束P1、P2、P3、P4构建得到三个中间参数k1、k2、k3，具体的包括如下几个步骤：

1、计算四个原始天线波束P1、P2、P3、P4的和波束Σ和差波束Δ。所采用的计算公式为：Σ＝P1-j*P2-P3+j*P4，Δ＝P1-P2+P3-P4，j为虚数。

2、对和波束Σ和差波束Δ进行不同的波束运算得到四个偏轴正交波束B1、B2、B3、B4，这四个偏轴正交波束形成两组对角的偏轴正交波束，所采用的计算公式为其中，B1和B3为一组对角的两个偏轴正交波束，B2和B4为另一组对角的两个偏轴正交波束。

3、根据和波束Σ与差波束Δ得到第一参数k1，本申请将差波束Δ与和波束Σ的幅度比值作为k1，也即符号||表示波束的幅度。得到的第一参数k1的曲线示意图如图3所示。

4、根据其中一组对角的两个偏轴正交波束与和波束确定第二参数k2、根据另外一组对角的两个偏轴正交波束与和波束确定第三参数k3。本申请将一组对角的两个偏轴正交波束的幅度差值与和波束Σ的幅度的比值作为第二参数k2，将另一组对角的两个偏轴正交波束的幅度差值与和波束Σ的幅度的比值作为第三参数k3，也即

由此可以对每一组样本数据处理得到对应的处理后的样本数据，处理后的样本数据至少包括样本目标的角度信息以及对应的四个原始天线波束处理得到的三个中间参数k1、k2、k3之间的对应关系，也即每一组处理后的样本数据可以表示为{(α,β),(k1,k2,k3)}。

步骤S3，基于处理后的样本数据采用最小二乘法拟合得到角度信息与第一参数k1、第二参数k2和第三参数k3之间的测角函数关系。本申请按照的形式拟合得到测角函数关系，i,j,m为参数且i+j+m≤3，λ(i,j,m)为系数。

在通过上述步骤S1-S3拟合得到测角函数关系后，即能利用该测角函数关系进行实际测角，则对于一个需要测角的待测目标，利用基于四臂螺旋天线的被动测向系统获取待测目标的四个原始天线波束并按照上述方法确定对应的第一参数、第二参数和第三参数，输入上述测角函数关系得到待测目标的角度信息，也即得到待测目标的方位角和俯仰角。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。