一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法技术

本发明专利技术提出了一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法，属于雷达阵列信号处理技术领域。通过在目标附近设置两个校正源，利用阵列误差模型构造方程求出与电离层高度相关的俯仰角余弦差值，并利用余弦差值对电离层高度进行估计，再由电离层高度估值计算两校正源俯仰角，最后将两校正源俯仰角代入任一校正源导向矢量计算得到阵列在该方向幅相误差的估值，实现阵列幅相误差的校正。本发明专利技术基于单层电离层假设的模型，通过在目标附近设置两个校正源实现了阵列误差的校正，并分析了各种误差存在时对校正结果的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法
本专利技术属于雷达阵列信号处理
，特别是涉及一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法。
技术介绍
在雷达阵列信号处理领域，主要研究的问题是如何通过处理雷达阵列接收到的信号来获取目标的各种信息。然而，在阵列接收信号的同时，由于阵元本身存在通道幅相误差即各阵元通道增益不一致，和阵元位置误差即用GPS等工具获取的阵元位置和真实位置有偏差，最终导致目标实际空间谱和理想空间谱有偏差，无法得到目标的正确信息。所以阵列误差校正一直都是雷达阵列信号处理领域的难点。目前，现有的阵列误差校正方法主要基于的校正源都是视距情况下的，即校正源信号的方位角俯仰角已知，可以直接表示出校正源信号的理想导向矢量从而构造方程组求解误差系数。然而，对于使用经过电离层传播的非视距条件下的校正源信号进行阵列误差校正的方法却很少涉及。为了解决这个问题，本专利技术在单层电离层假设条件下，提出了一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决未知电离层高度的阵列误差校正问题，提出了一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：在辐射源目标预设范围内设置两个校正源，即校正源1和校正源2；所述辐射源目标和两个校正源发射的信号经单层电离层反射后被一平面阵列接收，所述校正源1和校正源2设置在辐射源目标和接收阵列的连线上；步骤二：由阵列误差模型构造方程求解两个校正源的俯仰角余弦差值；步骤三：利用步骤二得到的余弦差值搜索到其对应的电离层高度估值；步骤四：利用步骤三中得到的电离层高度估值计算两个校正源俯仰角；步骤五：将步骤四中得到的校正源1俯仰角代入校正源1导向矢量方程计算得到阵列在校正源方位角方向上的幅相误差的估值，或，将步骤四中得到的校正源2俯仰角代入校正源2导向矢量方程计算得到阵列在校正源方位角方向上的幅相误差的估值；步骤六：利用步骤五得到的幅相误差的估值，在搜索辐射源目标方位俯仰空间谱时将幅相误差的估值代入辐射源目标的导向矢量方程中计算得出精确的辐射源目标方位角和俯仰角从而实现阵列误差校正。进一步地，所述由阵列误差模型构造的方程具体为：其中，表示校正源1导向矢量，表示校正源2导向矢量，表示校正源1幅相误差的估值，表示校正源2幅相误差的估值，两校正源俯仰角差在预设范围内满足θ1表示校正源1或校正源2方位角，表示校正源1俯仰角，表示校正源2俯仰角，λ表示信号波长，j表示虚数单位，(x,y)表示阵列中阵元的坐标。进一步地，所述两个校正源的俯仰角余弦差值具体计算公式为：进一步地，校正源的方位角计算方法具体为：过接收阵列作地球的切平面，由切平面方程求空间向量到该切平面的投影矩阵T，由辐射源目标和接收阵列连线构成弦矢量NS，由北极点和接收阵列连线构成弦矢量NA，求NS和NA到S平面的投影向量NS’和NA’，求NS’和NA’夹角即为校正源的方位角θ，其中θ＝θ1。进一步地，校正源的俯仰角计算方法具体为：由地心原点和接收阵列连线构成矢量A，由地心原点和辐射源目标点连线构成矢量B，计算矢量A和矢量B之间的夹角α，由余弦定理求电离层反射点到辐射源或接收阵列的距离d，其中R为地球半径，H为电离层高度估值，由正弦定理计算校正源俯仰角其中，或本专利技术的优点：本专利技术为一种雷达阵列信号处理方法，基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法。它在传统的阵列误差校正的基础上，提供了一种校正源信号在超视距天波传播条件下的阵列误差校正手段。通过在目标附近设置两个校正源，利用阵列误差模型构造方程求出与电离层高度相关的俯仰角余弦差值，并利用余弦差值对电离层高度进行估计，再由电离层高度估值计算两校正源俯仰角，最后将两校正源俯仰角代入任一校正源导向矢量计算得到阵列在该方向幅相误差的估值，实现阵列幅相误差的校正。附图说明图1是本专利技术所述一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法的流程图；图2是校正源、目标和接收阵列相对位置关系的示意图；图3是地球坐标系下校正源信号方位角求解的示意图；图4是地球坐标系下校正源信号俯仰角求解的示意图；图5是matlab仿真的存在阵列误差时目标信号的空间谱估计图；图6是matlab仿真的通过本专利技术提出方法处理后的目标信号空间谱估计图；图7是matlab仿真的考虑接收阵列的阵元位置误差变化对本专利技术方法处理后的目标方位角和俯仰角估计结果的影响图；图8是matlab仿真的考虑接收阵列的阵元位置误差变化对本专利技术方法处理后的目标平均角度估计结果的影响图；图9是matlab仿真的考虑两校正源入射到阵列的方位角误差变化对本专利技术方法处理后的目标方位角和俯仰角估计结果的影响图；图10是matlab仿真的考虑两校正源入射到阵列的方位角误差变化对本专利技术方法处理后的目标平均角度估计结果的影响图；图11是matlab仿真的考虑两校正源入射到阵列的俯仰角差值变化对本专利技术方法处理后的目标方位角和俯仰角估计结果的影响图；图12是matlab仿真的考虑两校正源入射到阵列的俯仰角差值变化对本专利技术方法处理后的目标平均角度估计结果的影响图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。结合图1-图6，本专利技术提出一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：在辐射源目标预设范围内设置两个校正源，即校正源1和校正源2；所述辐射源目标和两个校正源发射的信号经单层电离层反射后被一平面阵列接收，所述校正源1和校正源2设置在辐射源目标和接收阵列的连线上；所述预设范围在500公里以内。在步骤一中，所述的两个校正源位置按图2规则摆放，即校正源1和2位于目标附近，其发射的信号经单层电离层反射后被一平面阵接收；步骤二：由阵列误差模型构造方程求解两个校正源的俯仰角余弦差值；步骤三：利用步骤二得到的余弦差值搜索到其对应的电离层高度估值；通过在一定范围内搜索电离层的高度直到两校正源俯仰角余弦差与之最接近，则得到电离层高度估计值；步骤四：利用步骤三中得到的电离层高度估值计算两个校正源俯仰角；步骤五：将步骤四中得到的校正源1俯仰角代入校正源1导向矢量方程计算得到阵列在校正源方位角方向上的幅相误差的估值，或，将步骤四中得到的校正源2俯仰角代入校正源2导向矢量方程计算得到阵列在校正源方位角方向上的幅相误差的估值；步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤一：在辐射源目标预设范围内设置两个校正源，即校正源1和校正源2；所述辐射源目标和两个校正源发射的信号经单层电离层反射后被一平面阵列接收，所述校正源1和校正源2设置在辐射源目标和接收阵列的连线上；/n步骤二：由阵列误差模型构造方程求解两个校正源的俯仰角余弦差值；/n步骤三：利用步骤二得到的余弦差值搜索到其对应的电离层高度估值；/n步骤四：利用步骤三中得到的电离层高度估值计算两个校正源俯仰角；/n步骤五：将步骤四中得到的校正源1俯仰角代入校正源1导向矢量方程计算得到阵列在校正源方位角方向上的幅相误差的估值，或，将步骤四中得到的校正源2俯仰角代入校正源2导向矢量方程计算得到阵列在校正源方位角方向上的幅相误差的估值；/n步骤六：利用步骤五得到的幅相误差的估值，在搜索辐射源目标方位俯仰空间谱时将幅相误差的估值代入辐射源目标的导向矢量方程中计算得出精确的辐射源目标方位角和俯仰角从而实现阵列误差校正。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于天波传播校正源信号的阵列误差校正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：在辐射源目标预设范围内设置两个校正源，即校正源1和校正源2；所述辐射源目标和两个校正源发射的信号经单层电离层反射后被一平面阵列接收，所述校正源1和校正源2设置在辐射源目标和接收阵列的连线上；
步骤二：由阵列误差模型构造方程求解两个校正源的俯仰角余弦差值；
步骤三：利用步骤二得到的余弦差值搜索到其对应的电离层高度估值；
步骤四：利用步骤三中得到的电离层高度估值计算两个校正源俯仰角；
步骤五：将步骤四中得到的校正源1俯仰角代入校正源1导向矢量方程计算得到阵列在校正源方位角方向上的幅相误差的估值，或，将步骤四中得到的校正源2俯仰角代入校正源2导向矢量方程计算得到阵列在校正源方位角方向上的幅相误差的估值；
步骤六：利用步骤五得到的幅相误差的估值，在搜索辐射源目标方位俯仰空间谱时将幅相误差的估值代入辐射源目标的导向矢量方程中计算得出精确的辐射源目标方位角和俯仰角从而实现阵列误差校正。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由阵列误差模型构造的方程具体为：



其中，表示校正源1导向矢量，表示校正源2导向矢量，表示校正源1幅相误差的估值，表示校正源2幅相误差的估值，两校正...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛兴鹏，曲祐民，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23