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一種用于雷達立體共形陣列的子陣降維方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達陣列天線信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種用于雷達立體共形陣列的子陣降維方法。該方法可用于多種具有旋轉(zhuǎn)軸的立體共形陣列，如錐臺陣、柱面陣或半柱面陣、球形陣等。本發(fā)明的方法是：首先對雷達立體共形陣列進行子陣劃分；然后利用三維旋轉(zhuǎn)變換方程調(diào)整各子陣波束指向；最后計算降維矩陣。本發(fā)明可以根據(jù)各子陣的三維旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地調(diào)整其波束指向，以達到保證降維后整個陣面的波束指向仍然一致的目的。
【專利說明】一種用于雷達立體共形陣列的子陣降維方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達陣列天線信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于雷達立體共形陣列的子陣降維方法。該方法可用于多種具有旋轉(zhuǎn)軸的立體共形陣列，如錐臺陣、柱面陣或半柱面陣、球形陣等。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代天線【技術(shù)領(lǐng)域】中，陣列天線在通信、雷達、聲納、勘探、導(dǎo)航、射電天文以及生物醫(yī)學(xué)工程等無線電系統(tǒng)中被越來越廣泛地應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)天線，陣列天線擁有靈活的波束控制、較高的信號增益、極強的抗干擾能力以及高精度的空間超分辨能力等優(yōu)點，因而受到了人們的極大關(guān)注。同時隨著微電子技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、并行處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，陣列天線的功能日趨強大，應(yīng)用范圍日益廣泛。
[0003]陣列天線從布陣結(jié)構(gòu)上大致可分為:線陣、平面陣以及立體陣。目前普遍采用的線陣和平面陣存在諸多缺陷，如:波束掃描范圍窄；天線單元之間的互耦效應(yīng)與掃描角相關(guān)等。立體陣不僅可以有效避免上述缺點，而且具有與載體表面共形、不影響載體空氣動力學(xué)性能、簡化天線安裝等優(yōu)點。
[0004]但是，大型立體陣列的陣元個數(shù)往往是幾百個甚至幾千個，若直接進行陣元級處理，一是需要與陣元數(shù)量相同的接收通道、A/D變換和加權(quán)處理等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件成本高；二是在進行自適應(yīng)處理時，需要更多的快拍數(shù)，使得陣列的自適應(yīng)算法等相關(guān)計算的運算量巨大，難以滿足實時性要求。
[0005]傳統(tǒng)的子陣降維處理多是針對線陣和平面陣，但并不能應(yīng)用于立體共形陣列，因為其存在如下亟待解決的問題:相比于平面陣列降維，立體共形陣列降維中的子陣間不僅存在空間平移，還存在三維旋轉(zhuǎn)，而傳統(tǒng)的降維方法沒有對子陣的波束指向進行調(diào)整，故無法保證降維后整個陣面的波束指向仍然一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種用于雷達立體共形陣列的子陣降維方法，能夠解決傳統(tǒng)子陣降維技術(shù)只能用于線陣和面陣而不能用于立體共形陣列的問題，該方法可以根據(jù)各子陣的三維旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地調(diào)整其波束指向，以達到保證降維后整個陣面的波束指向仍然一致的目的。
[0007]本發(fā)明的總體思路是:首先對雷達立體共形陣列進行子陣劃分；然后利用三維旋轉(zhuǎn)變換方程調(diào)整各子陣波束指向；最后計算降維矩陣。
[0008]一種用于雷達立體共形陣列的子陣降維方法，其中所述立體共形陣列具有旋轉(zhuǎn)軸，其特征在于包括以下步驟:
[0009]( I)對雷達立體共形陣列進行子陣劃分，確定子陣個數(shù)及各子陣陣元數(shù)，并確定標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系、原始子陣、原始三維坐標(biāo)系、相對子陣、相對三維坐標(biāo)系；
[0010](2)建立標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系(ΧΥΖ0)，其Z軸通過所述立體共形陣列的旋轉(zhuǎn)軸，設(shè)定波束指向在標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系(XYZO)中的俯仰、方位角分別為Θ& 平移標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系(XYZO)獲得原點位于原始子陣相位中心的原始三維坐標(biāo)系(X1Y1Z1O1),其中角度Z O1OZ為原始子陣的俯仰角Q1，設(shè)定原點O1在標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系(XYZO)的XOY平面的垂足為D1
點，其中角度Z XOD1為原始子陣的方位角(P1,設(shè)δΤ = (X1^pZ1)為波束指向在原始三維坐
標(biāo)系(X1Y1Z1O1)中的方向矢量，為已知量，其中P1點在原始三維坐標(biāo)系(X1Y1Z1O1)中的坐標(biāo)為(Xl，yi，Zl);原始子陣和原始三維坐標(biāo)系(X1Y1Z1O1)同時繞立體共形陣列的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，獲得相應(yīng)的相對子陣和相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2),設(shè)原始三維坐標(biāo)系(X1Y1Z1O1)中的P1點經(jīng)旋轉(zhuǎn)后得到相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2)中的P2點，故P2點在相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2)
中的坐標(biāo)也為(X1JdZ1)，即定義角度Z O2OZ為相對子陣的俯仰角
Θ 2，設(shè)定原點O2在標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系(XYZO)的XOY平面的垂足為D2點，其中角度Z XOD2
為相對子陣的方位角φ2 ,設(shè)5Kx2,y2,Z2)為波束指向在相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2)
中的方向矢量，為未知量；定義θ，φ為相對子陣與原始子陣的俯仰、方位角度之差，SP0 = 02-0^ φ-φ2-φ,,
[0011](3)在相對二維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2)中，設(shè)己點到平面X2O2Y2的垂足為El,定義ZE1O2X2 =φ；為矢量@的方位角，Z P2O2Z2= Θ /為矢量@啲俯仰角；設(shè)Q2點到平
面X2O2Y2的垂足為E2，定義ZE2O2X2 =φ;為矢量的方位角，ZQ2O2Z2=Q，2為矢量
OQ；的俯仰角；定義Θ '，φ'分別為矢量與矢量@的俯仰、方位角度之差，即Θ , = θ , 2- θ /，φ' = φ,2 - φ;；
[0012](4)利用相對子陣波束指向調(diào)整用三維旋轉(zhuǎn)變換方程組，計算相對子陣的波束指向在相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2)中的方向矢量51 = (X:, y:.Ζ:);
[0013]其中，相對子陣波束指向調(diào)整用三維旋轉(zhuǎn)變換方程組:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種用于雷達立體共形陣列的子陣降維方法，其中所述立體共形陣列具有旋轉(zhuǎn)軸，其特征在于包括以下步驟: (1)對雷達立體共形陣列進行子陣劃分，確定子陣個數(shù)及各子陣陣元數(shù)，并確定標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系、原始子陣、原始三維坐標(biāo)系、相對子陣、相對三維坐標(biāo)系； (2)建立標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系(XYZO)，其Z軸通過所述立體共形陣列的旋轉(zhuǎn)軸，設(shè)定波束指向在標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系(XYZO)中的俯仰、方位角分別為Qci, ;平移標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系(XYZO)獲得原點位于原始子陣相位中心的原始三維坐標(biāo)系(X1Y1Z1O1),其中角度Z O1OZ為原始子陣的俯仰角Q1，設(shè)定原點O1在標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系(XYZO)的XOY平面的垂足為D1點，其中角度Z XOD1為原始子陣的方位角(P1，設(shè)@ =(XpYpZ1)為波束指向在原始三維坐標(biāo)系(X1Y1Z1O1)中的方向矢量，為已知量，其中P1點在原始三維坐標(biāo)系(X1Y1Z1O1)中的坐標(biāo)為(X1, Y1, Z1);原始子陣和原始三維坐標(biāo)系(X1Y1Z1O1)同時繞立體共形陣列的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，獲得相應(yīng)的相對子陣和相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2),設(shè)原始三維坐標(biāo)系(X1Y1Z1O1)中的P1點經(jīng)旋轉(zhuǎn)后得到相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2)中的P2點，故P2點在相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2)中的坐標(biāo)也為(XpypZ1)，即^Kxpy1,Z1)，定義角度Z O2OZ為相對子陣的俯仰角Θ 2，設(shè)定原點O2在標(biāo)準(zhǔn)三維坐標(biāo)系(XYZO)的XOY平面的垂足為D2點，其中角度Z XOD2為相對子陣的方位角φ2，設(shè)=為波束指向在相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2)中的方向矢量，為未知量；定義θ，Φ為相對子陣與原始子陣的俯仰、方位角度之差，SPB = B2-B1, φ = φ2 — (P1， (3)在相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2)中，設(shè)P2點到平面X2O2Y2的垂足為Ε1，定義ZE1O2X2=Cj^為矢量@的方位角，Z P2O2Z2= Q1'為矢量@的俯仰角；設(shè)％點到平面X2O2Y2的垂足為E2，定義ZE2O2X2丨為矢量5^的方位角，ZQ2O2Z2=Q，2為矢量'0^:的俯仰角；定義θ '，φ'分別為矢量@與矢量5^的俯仰、方位角度之差，gpθ ' =θ ' 2-θ /，φ' = φ'2—φ;; (4)利用相對子陣波束指向調(diào)整用三維旋轉(zhuǎn)變換方程組，計算相對子陣的波束指向在相對三維坐標(biāo)系(X2Y2Z2O2)中的方向矢量O2Q2 = (x:,y:，z:); 其中，相對子陣波束指向調(diào)整用三維旋轉(zhuǎn)變換方程組:
【文檔編號】G01S7/02GK103777179SQ201410030356
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】陶海紅, 岳綱毅, 馬菁濤, 王瑩, 王蘭美, 孫晨偉, 朱圣棋, 曾操, 李軍, 廖桂生 申請人:西安電子科技大學(xué)