相控阵子阵级和差多波束测角方法
基于自适应单脉冲的卫星角度测量方法
基于自适应单脉冲的卫星角度测量方法顾学军;潘点飞【摘要】针对干扰对卫星角度测量的影响,提出自适应单脉冲角度测量方法.该方法将数字单脉冲与自适应数字波束形成方法有效结合,通过增加约束矩阵,使其在有效抑制干扰对测角影响的同时,保持单脉冲比曲线不发生畸变.理论分析与仿真结果表明,该方法具有更好的抗干扰性能,且测角测量的精度与准确度更高.【期刊名称】《航天电子对抗》【年(卷),期】2015(031)001【总页数】4页(P44-47)【关键词】自适应单脉冲;角度测量;和差波束;阵列天线【作者】顾学军;潘点飞【作者单位】中国人民解放军63637部队,甘肃酒泉732750;中国人民解放军63637部队,甘肃酒泉732750【正文语种】中文【中图分类】TN973.2+1;TN82在各种卫星角度测量方法中，单脉冲测角方法以其实现简单、精度高、稳健性好等优点在实际系统得到了广泛的应用。
但基于多喇叭天线或者多馈源照射反射面的传统单脉冲测角方法，难以满足测控、雷达、电子侦察等领域对多目标同时观测的需求，且存在结构复杂、抗干扰能力差等不足。
这是因为，当同时形成多个波束时，需要复杂的馈源结构构成单脉冲跟踪网络，导致其插损大、效率低[1]。
而数字单脉冲技术通过数字波束形成的方法实现和、差波束，具有波束灵活可控、便于实现多个目标的同时测量跟踪等优点。
数字单脉冲的和差波束形成加权方法主要有四种：直接和差加权方法[2]、半阵法、对称取反法以及四指向和差法[3]。
Chou[4]采用模拟与数字相结合的多波束形成方法，该方法只适用于阵元数目不是太多的小型阵列。
文献[5]与[6]采用子阵级和差多波束形成方法，实现对大型阵列的降维处理，通过阵元级与子阵级和差联合优化逼近，提高大型阵列波束形成性能。
上述和差多波束形成方法主要针对无干扰或者旁瓣干扰情况，当存在主瓣内干扰时，和差多波束形成方法将更加复杂[7-8]。
本文采用数字单脉冲的角度测量方法，通过数字加权实现对卫星角度的测量跟踪；针对干扰对角度测量的影响，提出自适应和差波束形成方法，以抑制干扰的影响，提高卫星角度测量的精度。
基于多频点多波束的相控阵雷达天线接收测量方法
基于多频点多波束的相控阵雷达天线接收测量方法摘要相控阵雷达天线工作频点多、波束指向角度多，天线的暗室测试工作量大。
传统相控阵雷达天线测试方法采用固定频点固定波束天线测试方法，测试效率低、周期长。
本文提出多频点多波束的相控阵雷达天线接收测量方法可大幅度提高天线测试的速度、缩短天线测试周期。
【关键词】相控阵雷达天线测试多频点多波束相控阵雷达天线接收测试主要进行天线的接收和通道增益、接收和通道波束宽度、接收和通道副瓣水平、接收差通道零深和接收差通道零深零位等指标的校正和测试。
这些指标影响到雷达的威力范围和雷达角度探测的精度，因此进行相控阵雷达天线的校正和测试十分重要。
目前，常用的相控阵雷达天线测试方法是固定波束和固定频点的暗室近场测试方法。
由于相控阵雷达天线波束指向多、工作频点多，采用固定波束和固定频点的暗室近场测试方法测试工作量大、效率比较低。
本文分析固定波束和固定频点的暗室近场天线接收测量方法存在的问题，提出高效的多波束和多频点的暗室近场天线接收测量方法，大幅度提高相控阵雷达天线的暗室近场测试效率。
1 传统相控阵雷达天线接收测量方法目前，相控阵雷达天线接收测试采用单频点单波束近场反演测试方法，测试方案具体如下：相控阵雷达天线阵的和通道和差通道按图1引出来，在雷达接收校正测试模式时，和、差通道的连接开关与雷达系统连接，开展雷达的接收校正；在雷达接收?y试模式时，和、差通道的连接开关与天线测试系统连接，开展雷达的接收暗室测试。
脉冲发生器利用雷达的工作时序调节脉冲信号，作为暗室测试的数据采集同步信号。
假设相控阵雷达工作模式控制时序负脉冲信号的重频为500Hz，脉宽80us，每个波束10个脉冲。
暗室天线测试时，利用脉冲发生器把雷达系统送过来的工作模式时序负脉冲信号转换成正脉冲，展宽和延迟，作为暗室测试系统的采样同步信号。
此外，传统相控阵雷达天线接收测量方法在测试前设置好固定频点和固定波束信息，如图2所示，即可进去接收校正和测试环节。
一种二维数字阵列雷达的和差波束测角方法
一种二维数字阵列雷达的和差波束测角方法杨蓓蓓【摘要】研究了基于窗函数的二维数字阵列雷达和差波束测角方法.该方法在较大幅相噪声条件下能保证测角误差信号基本不变,且使用和波束与差波束共轭乘积虚部的正负号来确定目标角度相对于主波束的偏向,简化了确定目标偏向的计算过程,给出了数字阵列雷达中数字和差波束测角的详细过程.计算机仿真和实测结果表明,该方法具有良好的测角性能,适合于工程实际应用.【期刊名称】《雷达与对抗》【年(卷),期】2014(034)003【总页数】6页(P6-10,34)【关键词】数字阵列雷达;和差测角;数字波束形成【作者】杨蓓蓓【作者单位】中国电子科技集团公司第三十八研究所,合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TN953.5传统的单脉冲测角是雷达的一项成熟技术。
它通过利用一种特殊的天线馈电使得只需要一个单脉冲就可以产生4个波束，并通过天线或射频前端的混合器形成和波束、方位差波束和俯仰差波束[1]。
对于二维数字阵列雷达，天线单元多达数千个，不能采用微波网络形成单脉冲和、差波束，只能通过数字信号处理形成和、差波束，因此称之为数字和差测角。
本文根据基本单脉冲测角的思想，考虑到数字阵列雷达在数字信号处理及数字波束形成上的优势，给出了一种基于窗函数的二维数字阵列雷达和差波束测角方法，并给出计算机仿真结果，分析其性能，最后给出实测结果。
随着数字技术的发展，雷达接收信号可以通过A/D转换器转换成数字信号，所以移相不一定需要专门的移相器，而可以通过数字方法实现移相。
数字技术不但使移相方法可变，也使天线方向图可以用数字方式形成，称为数字波束形成技术[2]。
实现数字波束形成的关键器件是数字阵列模块(digital array module，DAM)，每个DAM都包括相互独立的直接数字合成器(direct digital synthesizer，DDS)、功放、收发开关、A/D变换及中频正交采样等模块。
相控阵扫描角度
相控阵扫描角度1. 什么是相控阵扫描角度？相控阵扫描角度是指相控阵天线进行扫描时的角度范围。
相控阵是一种利用天线阵列来实现波束形成和方向控制的技术，可以通过控制每个元素的相位和振幅来实现对天线波束的控制。
扫描角度的范围决定了相控阵天线的覆盖范围和角度分辨率。
2. 相控阵扫描角度的重要性相控阵扫描角度的选择对于相控阵系统的性能有重要影响。
合理选择扫描角度可以实现更广泛的覆盖范围和更高的角度分辨率，从而提高系统的工作效率和性能。
3. 影响相控阵扫描角度的因素3.1 天线阵列结构天线阵列的结构对相控阵扫描角度有直接影响。
常见的天线阵列结构包括线性阵列、平面阵列和体阵列等。
不同结构的天线阵列具有不同的扫描角度范围和角度分辨率。
3.2 波束宽度要求波束宽度要求是指系统对波束宽度的要求程度。
波束宽度越窄，系统对扫描角度的要求越高，扫描角度范围应足够宽以满足系统的需求。
3.3 目标距离目标距离是指待探测的目标与相控阵天线的距离。
目标距离越远，相控阵扫描角度范围应越大，以保证目标的探测和跟踪。
3.4 天线的孔径大小天线的孔径大小是指天线元素的尺寸。
天线孔径越大，相控阵扫描角度范围越大，角度分辨率越高。
3.5 频率频率对相控阵扫描角度也有一定影响。
频率越高，天线的波束宽度越窄，扫描角度范围应相应调整。
4. 相控阵扫描角度的优化方法4.1 可变扫描角度为了适应不同场景和需求，可以设计相控阵系统具备可变扫描角度的能力。
通过调整相控阵天线的阵元相位和振幅，可以实现扫描角度的动态调整，以适应不同的工作条件。
4.2 多波束设计在相控阵系统中，可以设计多个波束来覆盖不同的扫描角度范围。
通过合理的波束设计，可以实现更广泛的覆盖范围和更高的角度分辨率。
4.3 等角度分布设计通过合理设计天线阵列的结构和波束形成算法，可以实现等角度分布的扫描。
等角度分布设计可以保证扫描角度范围的均匀分布，提高系统的全向探测和跟踪能力。
5. 相控阵扫描角度的应用领域相控阵扫描角度的优化设计在许多领域有广泛的应用，包括雷达、通信、无人机和医学成像等。
基于相控阵雷达波束扫描的目标测角误差分析
基于相控阵雷达波束扫描的目标测角误差分析王晓楠【摘要】介绍了相控阵雷达目标跟踪测角误差的主要来源,分析了波束扫描影响目标跟踪测角精度的原因,通过计算和仿真得出了波束扫描范围与目标测角精度的关系,为相控阵雷达扫描范围和测角精度设计提供了参考.【期刊名称】《舰船电子对抗》【年(卷),期】2018(041)003【总页数】5页(P74-78)【关键词】相控阵雷达;波束扫描;测角精度【作者】王晓楠【作者单位】中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏扬州225101【正文语种】中文【中图分类】TN957.510 引言相控阵雷达进行目标跟踪时通常采用比幅测角方法。
影响测角精度的因素很多，根据误差产生的来源和性质可分为目标引入误差、雷达跟踪误差、转换误差和传播误差，其中雷达跟踪误差包括热噪声误差、接收机幅相不一致误差、天线零深、多路径误差等。
目标引入误差、转换误差和传播误差不在本文讨论范围内，以下仅针对雷达跟踪误差进行分析论述[1]。
1 相控阵雷达跟踪误差1.1 热噪声误差(随机误差)相控阵体制雷达采用相位扫描方式进行目标跟踪测量，相对于常规体制雷达机械闭环跟踪而言更加便捷。
天线对准目标时，目标的差信号幅度为零，此时差信道输出为接收机噪声。
热噪声引起的测角误差表示为：(1)(2)式中：θ为半功率点波束宽度；Km为归一化斜率因子；σ为接收机噪声引起的归一化差信号误差；S/N为脉冲信噪比[2] 。
1.2 接收相位不一致误差(系统误差)和差相位不一致是指和路、方位差路和俯仰差路通道之间相位响应不一致，影响测角精度和测角极性。
接收机相位不一致引起的测角误差表示为：(3)式中：Φ为比较器后的和、差两路相移差；Km为归一化斜率因子；Gn为天线误差方向图的零深；θ为天线和波束宽度[3]。
1.3 接收幅度不一致误差(系统误差)接收幅度不一致误差是指测角时和、方位差和俯仰差通道之间幅度响应不一致导致的测角偏差，幅度不一致引起的测角误差表示为：(4)式中：KA为和差比较器前2路幅度不平衡值；θ为半功率点波束宽度[3]。
子阵级数字阵列雷达单脉冲测角精度影响因素分析
子阵级数字阵列雷达单脉冲测角精度影响因素分析张洪波【摘要】为了提高子阵级数字阵列雷达(DAR)单脉冲测角精度以及算法稳健性,针对数字干涉法和数字相位和差单脉冲测角方法进行了对比试验性仿真.对基于子阵级DAR的两种方法进行了原理分析和测角建模,并重点针对影响测角性能的主要因素如信噪比、幅相误差(重点是子阵级)以及波束指向偏差等进行了性能对比仿真分析,仿真结果表明:当目标信噪比超过10dB时,干涉测角算法测角性能比相位和差法更加稳健(尤其是当波束指向误差较大时).仿真结果和结论可以为子阵级DAR系统工程化设计提供参考.【期刊名称】《航天电子对抗》【年(卷),期】2017(033)003【总页数】4页(P38-41)【关键词】数字单脉冲测角;干涉测角;相位和差【作者】张洪波【作者单位】海军航空工程应用所,北京100071【正文语种】中文【中图分类】TN971+.5;TN974与常规单脉冲测角相比，数字单脉冲测角[1-2]具有处理方式灵活、测角精度[3]相对更高的优点，但对于子阵级数字阵列雷达(DAR)而言，其测角性能除了受常规相控阵雷达阵元级幅相误差、信噪比、波束指向偏差等因素影响以外，还受到子阵级幅相误差的影响。
相位和差法与干涉法是机载雷达常用的两种测角方法，相关研究文献较多，如文献[1～2，4]主要对基于DAR的数字和差单脉冲测角问题进行了一维线阵或二维面阵的不同形式下单脉冲和差测角方法探讨，文献[5～7]分别研究了干涉测向解模糊方法、极化误差、入射角影响等。
本文对两种数字单脉冲测角方法进行了两维面阵的对比仿真研究，具体包括信噪比、幅相误差、波束指向偏差等主要测角性能影响因素的分析，从而为子阵级DAR系统参数设计提供参考。
1.1 数字干涉测角干涉测角原理如图1所示。
图1中，两子阵相位中心距离为D，假设雷达波束指向角为θ0，目标位于θ0+Δθ(|Δθ|≤θB/2，θB为雷达当前波束宽度)处，则两子阵的接收信号为：y2(t)=s(t)e-j2πDsin(θ0+Δθ)/λ对两路信号进行数字化并干涉处理可得：Δy(n) =y1(n)conj(y2(n))e-j2πDsinθ0/λ≈|s(n)|2ej2πDΔθcosθ0/λ式中，conj(·)表示取共轭。
相控阵雷达 多波束形成 成像算法
相控阵雷达多波束形成成像算法介绍相控阵雷达（Phased Array Radar）是一种通过调控天线元件的相位实现波束形成和指向控制的雷达系统。
多波束形成是相控阵雷达的重要功能之一，它可以实现对多个目标同时进行跟踪和监测。
成像算法是多波束形成过程中的核心技术，通过对采集的多个波束数据进行处理，可以实现高分辨率的目标图像重建。
多波束形成原理多波束形成（Multiple Beamforming）是指相控阵雷达通过控制天线元件的相位和振幅，使得形成多个波束同时向不同的方向发射和接收雷达信号。
每个波束可以对应一个目标，通过对多个波束数据的处理，可以实现对多个目标同时进行探测和跟踪。
多波束形成的原理主要包括以下几个步骤：1.相位控制：通过调整天线元件的相位，使得不同天线的辐射场在特定方向上达到相干叠加，形成一个波束向目标方向传输能量。
2.叠加和幅度调控：通过对多个波束的接收信号进行叠加，并对每个波束的幅度进行调控，以实现不同目标的加权处理。
3.信号处理：对叠加后的信号进行滤波、频谱分析等处理，提取目标信息并进行跟踪和监测。
成像算法成像算法是多波束形成过程中的核心技术，它通过对采集的多个波束数据进行处理，以实现目标图像的重建和显示。
常用的成像算法包括：1. 空时波束形成（Space-Time Beamforming）空时波束形成是一种基于频域处理的成像算法，它主要包括以下几个步骤：•将采集到的多个波束数据进行傅里叶变换，得到频域数据。
•对频域数据进行波束形成，即通过对不同频率分量的相位进行调控，使得能量聚焦在目标方向上。
•对各个频率分量的波束形成结果进行加权叠加，得到最终的空时波束。
空时波束形成算法能够有效地抑制杂波和干扰，提高目标的分辨率和检测性能。
2. 压缩感知成像（Compressive Sensing Imaging）压缩感知成像是一种基于稀疏表示的成像算法，它利用目标在稀疏表示下的特性，通过采集少量的波束数据来重建目标图像。
相控阵雷达多波束形成成像算法
相控阵雷达多波束形成成像算法相控阵雷达（Phased Array Radar）是一种采用多个雷达天线单元，通过精确的相位控制实现波束的形成和多波束成像的雷达系统。
相控阵雷达具有快速扫描、高度定位精度和抗干扰能力强等优势，被广泛应用于军事和民用领域。
在相控阵雷达中，多波束成像算法是实现目标探测和识别的关键技术之一多波束成像算法通过采集多个波束的回波信号，并将其综合分析，提取目标的信息。
常见的多波束成像算法包括波达矢量法（Wavenumber Vector Algorithm）、最大似然法（Maximum Likelihood Method）、最小二乘法（Least Squares Method）等。
波达矢量法是一种常用的多波束成像算法。
它基于多通道相控阵雷达的输出数据，对每个源波束进行相干合成，得到新的波束，以获得更高分辨率的成像结果。
具体步骤如下：1.在相控阵雷达中，多个天线单元分别接收到目标的回波信号，并将信号进行变频处理，转换为基带信号。
2.对于每个源波束，通过给每个天线单元施加不同的相位延迟，实现波束的方向性选择。
通过相位延迟控制，可以控制波束的形成方向。
3.对接收到的回波信号进行时域和频域处理，获得目标的空时信息。
4.对每个源波束的输出信号进行相干合成，得到新的波束。
5.对新的波束进行后续的信号处理和成像算法，获得目标的成像结果。
最大似然法是一种基于统计学的多波束成像算法。
它假设目标的回波信号满足高斯分布，并利用最大似然估计方法，通过最大化似然函数，计算出目标的位置和幅度信息。
最小二乘法是一种通过最小化误差平方和的方法，进行多波束成像的算法。
它根据每个源波束的输出信号和目标位置的关系，建立数学模型，通过求解最小二乘问题，得到目标的位置和幅度估计结果。
总之，多波束成像算法是相控阵雷达中的重要技术，通过采集多个波束的回波信号，并利用合适的算法进行信号处理和成像分析，可以实现目标的快速探测和精确定位。
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２ ０ １ ３年 ２月
西 安 电子 科 技 大 学 学 报 （ 自然 科学 版 ）
ＪｏＵＲ ＮＡＬ ０Ｆ ＸＩ ＤＩ ＡＮ ＵＮＩ ＶＥＲＳＩ ＴＹ
Ｆｅ ｂ ． ２ Ｏ １ ３
第４ Ｏ卷
第 ｌ期
Ｖｏ １ ． ４ ０ ＮＯ ． １
ｄ ｏ ｉ ： １ ０． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ． １ ０ ０ １ — ２ ４ ０ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ０ ４
中图分类号 ： Ｔ Ｎ９ １ １ ． ７ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ２ ４ ０ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ １ ９ — ０ ７
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摘 要 ：针 对 大 型 相 控 阵 多 目标 单 脉 冲 测 角 问 题 ， 提 出 了 一 种 利 用 和 差 多 波 束 在 子 阵级 实 现 多 目标 测 向 的
方法． 首先 ， 通 过 合 并 阵 元 输 出 降低 系 统 复 杂 度 ； 其次 ， 通 过 多套 子 阵 级 仅 相 位 导 向矢 量 和 对 称 取 反 方 式 实
基于相控阵天线采用空间谱估计方法如最优波束输出capon法多重信号分类multiplesignalclasssificationmusic法信号参数旋转不变估技术estimationofsignalparametersviarotationalinvariancetechniquesesprit1或谱峰快拍2等测向方法能够实现多目标同时观测和超角分辨
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级 四指 向和 差 测 角 方 法 相 比 ， 所 提 方 法 具 有 测 角 精 度 高 和 实 现 简 单 的优 点． 实 测 和 仿 真 数 据 处 理 结 果 显 示 了方 法 的有 效 性和 优越 性． 关 键 词 ：单 脉ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ冲 测 角 ； 和差 ； 多波束形成； 子 阵级 处 理
相 控 阵子 阵 级 和 差 多 波 束测 角 方 法
曾 操 ， 陈 昊 ， 何 学 辉 ， 杨 扬
（ １ ． 西安 电 子科 技 大 学 雷 达 信 号 处 理 国 家重 点 实验 室 ， 陕西 西安 ２ ． 中 国 电子 科 技 集 团公 司 第 ２ ７研 究 所 ， 河南 郑 州 ７ １ ０ ０ ７ １ ； ４ ５ ０ ０ ０ ０ ）