阅读说明：本技术 基于波束指向优化的提高三坐标雷达比幅测角精度的方法 (Method for improving amplitude-comparison angle measurement precision of three-coordinate radar based on beam pointing optimization ) 是由 潘瑞云 刘军华 孟凡 贾倩茜 于 2021-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种基于波束指向优化的提高三坐标雷达比幅测角精度的方法。现代三坐标雷达不论是频扫体制还是相控阵体制,在测量目标仰角时会用到比幅测角方法。通常的比幅测角方法,在良好信号条件下测角精度只能达到波束宽度的1/10左右,本方法利用优化后的波束指向可显著提高比幅测角精度,比幅测角的仰角精度可达到波束宽度的1/20。(The invention provides a method for improving amplitude-comparison angle measurement precision of a three-coordinate radar based on beam pointing optimization. No matter the modern three-coordinate radar is in a frequency scanning system or a phased array system, an amplitude comparison angle measurement method can be used when the target elevation angle is measured. The common amplitude comparing angle measuring method has the advantages that the angle measuring precision can only reach about 1/10 of the beam width under the good signal condition, the amplitude comparing angle measuring precision can be obviously improved by utilizing the optimized beam pointing, and the elevation angle precision of the amplitude comparing angle measuring method can reach 1/20 of the beam width.)

基于波束指向优化的提高三坐标雷达比幅测角精度的方法

技术领域

本发明属于雷达总体

技术领域

。

背景技术

目标仰角精度是三坐标雷达的重要指标，一般是与天线波束宽度成正比，天线波束越窄，则仰角精度越高。一般会使用堆积波束比幅测角的方法计算目标仰角精度。但是，天线波束越窄，则天线孔径越大，并会带来雷达设计中适装性、重量和加工难度等问题。所以在天线孔径一定的条件下，提高测角精度可以很大程度上提高雷达的技术指标，或者是在满足雷达战技指标的情况下，雷达天线可以做的更小。在一定天线孔径下，提高雷达测角精度是雷达总体技术不断研究的内容。

发明内容

三坐标雷达采用接收同时多波束和比幅测角的方法测量目标仰角，仰角测量精度受多个参数限制。为了在天线孔径确定的情况下提高三坐标雷达仰角测量精度，本发明提出了一种基于波束指向优化的提高三坐标雷达比幅测角精度的方法，使仰角测量精度提升到波束宽度的1/20。

实现本发明的技术方案包括：

按照相控阵天线物理要素和射频参数，计算波束宽度；按照雷达设计的仰角覆盖范围，计算同时形成的波束个数；按照起始波束指向，设置第一个波束指向；按照波束交叠准则和波束宽度变化规律，不断迭代确定下一个波束的指向，确定当前频率下所有波束指向；重复以上步骤，确定其他频率的波束指向。

进一步的，计算波束指向间隔包括：

步骤1：获得雷达参数天线俯仰行馈数N，阵元间距s，光速c，天线倾角fai，通过以上参数初始化雷达模型；

步骤2：获得本次使用的参数，接收波束加权展宽系数u，射频频率Fr，第一个波束仰角指向θ1，对计算波束指向进行初始化；

步骤3：计算第一个波束指向的波束宽度β₁；

步骤4：计算下一个波束的指向角θn，k是交叠系数，θ_n＝θ_n-1+β_n-1*k；

步骤5：判断是否满足仰角覆盖，如果指向角满足仰角覆盖则结束；如果不满足仰角覆盖则重复步骤3和步骤4，直至满足仰角覆盖，最终确定所有接收波束的指向角。

本发明的有益效果包括：

在天线孔径一定的情况下，也就是阵元数确定的条件下，采用本发明的方法可以将测角精度提升一倍。或者在雷达设计初期，在精度满足要求的条件下，可以将雷达阵元数量减少一半。对于雷达设计的适装性、经济性和灵活性等有非常积极的作用。

附图说明

图1是本发明的系统处理流程图。

图2是本发明的波束指向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。

本发明提出了一种基于波束指向优化的提高三坐标雷达比幅测角精度的方法，主要步骤包括：按照相控阵天线物理要素和射频参数等，计算波束宽度；按照雷达设计的仰角覆盖范围，计算同时形成的波束个数；按照起始波束指向，设置第一个波束指向；按照波束交叠准则和波束宽度变化规律，不断迭代确定下一个波束的指向，确定当前频率下所有波束指向；重复以上步骤，确定其他频率的波束指向。上述的提高比幅测角的方法，主要是计算准确的波束指向角度θ1～θn，包括：确认仰角覆盖范围、天线参数、阵元间距、阵元数量，确认接收波束加权系数、信号射频频率、起始波束指向，计算波束指向间隔，如图1所示：

步骤1：获得雷达参数天线俯仰行馈数N，阵元间距s，光速c，天线倾角fai，通过以上参数初始化雷达模型；

步骤2：获得本次使用的参数，接收波束加权展宽系数u，射频频率Fr，第一个波束仰角指向θ1，对计算波束指向进行初始化；

步骤3：计算第一个波束指向的波束宽度β₁，

δ₁是波束指向偏离法线的角度，λ＝c/Fr。

步骤4：计算下一个波束的指向角θn。

k是交叠系数，一般选取0.82～0.85的数值，可使精度最高。

θ_n＝θ_n-1+β_n-1*k

步骤5：判断是否满足仰角覆盖，如果指向角满足仰角覆盖则结束；如果不满足仰角覆盖则重复步骤3和步骤4，直至满足仰角覆盖，计算出所有指向角θ1～θn，如图2所示。

通过将计算好的接收波束指向参数，引入雷达设计中，进行比幅测角计算，三坐标雷达测角精度将明显提高。