【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数字信号处理，具体涉及一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法。
技术介绍
1、在日益复杂的电磁环境中，针对被动雷达导引头需要拓宽频率覆盖范围、具有高灵敏度和抗干扰能力等的应用需求，雷达导引头多采用双模或者多模复合制导的方式。但由于复合制导存在多个制导模式之间争夺孔径资源的问题，导致被动测向的天线摆放方式受限，这要求被动雷达测向系统尽量寻找更灵活的摆放方式，为其它制导模式提供空间。为解决这一问题，被动雷达制导常采用共形天线。共形天线既能在超宽频带内工作，又能与载体形状完全贴合，满足反辐射导弹中被动雷达导引头的需求。
2、虽然传统的数字波束形成(digital beamforming，dbf)算法具有可以提高系统灵敏度、增大作用距离、增强有用信号、改善主波束和副瓣方向图零点控制并同时形成多个低副瓣以抑制干扰及噪声、自动校准单元件相互耦合影响等优点，但是由于共形天线对极化信息敏感，除了接收角度信息以外，还会接收极化信息，而共形天线接收极化信息会引起额外的相位差，因此，传统的数字波束形成算法不再适用于共形天线阵列的测向。综上所述，提出一种适用于共形天线的被动测向算法是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为解决传统数字波束形成算法无法应用于共形天线阵列测向的问题，而提出了一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法。
2、本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的
3、步骤一、布置由共形天线阵元组成的共形天线阵列模型，并构造共形天线阵列模型的接收极化信号模型；
4、步骤二、对共形天线阵列模型的接收极化信号进行矢量数字波束形成，形成多个不同指向的波束；
5、步骤三、对步骤二中形成的不同指向波束进行搜索，搜索出最大波束对应的极化参数和入射方向；
6、步骤四、根据步骤三搜索出的极化参数和入射方向来选取三个波束，利用选取出的三个波束进行比幅，得到入射电磁波信号的最终入射角度估计结果。
7、进一步地，步骤一中，布置由共形天线阵元组成的天线阵列模型，具体为：
8、在全局直角坐标系的xoy平面内，布置由m个共形天线阵元组成的均匀圆阵，且各阵元均与圆阵的圆周表面相切，定义共形天线的正方向为共形天线开口凸起的右侧，将共形天线的指向角α定义为共形天线正方向与x轴正半轴的夹角。
9、进一步地，所述步骤一中，接收极化信号模型为：
10、步骤一一、假设远场的电磁波信号的入射方向矢量为入射方向矢量中的方位角为θ、俯仰角为φ，入射电磁波信号电场矢量e所在平面与入射方向矢量垂直，将电场矢量e所在平面的水平方向记为将电场矢量e所在平面的垂直方向记为电场矢量e沿水平方向的分量为eh，电场矢量e沿垂直方向的分量为ev，则电场矢量e表示为：
11、
12、极化辅助角γ为电场矢量e在水平方向幅值分量eh和垂直方向幅值分量ev的比值，极化相位差η为初始相位之差；利用极化辅助角γ和极化相位差η得到电场矢量e在全局直角坐标系中的表示：
13、
14、其中，e是自然对数的底数，j是虚数单位，z为电场矢量极化椭圆的椭圆尺寸；
15、步骤一二、根据电场矢量e在全局直角坐标系中的表示，得到入射电磁波信号的极化-角度导向矢量ap(θ,φ,γ,η)：
16、
17、则共形天线阵列模型的接收极化信号模型为：
18、
19、其中，x(t)表示t时刻共形天线阵列接收到的极化信号，s(t)表示t时刻的目标信号，n(t)表示t时刻的噪声信号，表示空域导向矢量。
20、进一步地，所述电场矢量极化椭圆的椭圆尺寸z的计算方法为：
21、将电场矢量极化椭圆的长轴和短轴作为直角三角形的两个直角边，则椭圆尺寸z为直角三角形的斜边的长度。
22、进一步地，所述步骤二的具体过程为：
23、将各共形天线阵元的复加权矢量记为w＝[w1,w2,…,wm]，w1,w2,…,wm分别表示第1个，第2个，…，第m个共形天线阵元的复加权系数，利用复加权矢量对信号x(t)进行加权得到波束y(t)：
24、y(t)＝whx(t)
25、其中，wh表示复加权矢量w的共轭转置。
26、进一步地，所述复加权矢量w具体为：
27、
28、其中，表示方向为的入射电磁波信号位于第1个阵元处的空间相位因子，表示方向为的入射电磁波信号位于第m个阵元处的空间相位因子，b＝[b1t,b2t,…,bmt]，m＝1,2,…,m，bm＝[sin(dxm/r)cos(dym/r)]，r为阵列半径，dxm和dym分别为第m个阵元的中心投影在x轴和y轴上的坐标位置，θ和φ分别为方位角和俯仰角的集合，υ和ξ分别为极化辅助角和极化相位差的集合，表示方位角俯仰角极化辅助角极化相位差对应的极化-角度导向矢量；
29、
30、其中，m＝1,2,…,m，λ是入射电磁波信号的波长。
31、进一步地，所述步骤三的具体过程为：
32、建立目标函数：
33、
34、对目标函数进行求解，得到的入射方位角估计值和俯仰角估计值即为最大波束对应的入射方向，极化辅助角估计值和极化相位差估计值即为最大波束对应的极化参数。
35、更进一步地，所述步骤四的具体过程为：
36、将步骤三中搜索出的最大波束对应的方位角记为θi，将步骤三中搜索出的最大波束对应的俯仰角记为则选取出方位角为θi-1且俯仰角为的波束以及方位角为θi+1且俯仰角为的波束；
37、将对应的波束的幅度记为将对应的波束的幅度记为将对应的波束的幅度记为则最终入射的方位角和最终入射的俯仰角分别为：
38、
39、其中，θ0.5为方位角维度的波束宽度，为俯仰角维度的波束宽度。
40、本专利技术的有益效果是：
41、针对雷达导引头中被动雷达测向系统既需要适应超宽频带又需要适应对极化信息敏感的共形天线，同时为其他模式的测向系统提供空间资源的问题，本专利技术提出一种多通道矢量数字波束形成-比幅算法，本专利技术方法利用矢量数字波束形成技术，形成指定方向和极化参数的波束，进而对共形天线阵列接收信号进行测向，进一步地，在矢量数字波束形成的基础上采用多波束比幅的方法提高了测向精度。
42、本专利技术算法考虑了接收天线的空域极化特性的影响并且能够适应0.8ghz-18 ghz的超宽频带。
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1.一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，步骤一中，布置由共形天线阵元组成的天线阵列模型，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，所述步骤一中，接收极化信号模型为：
4.根据权利要求3所述的一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，所述电场矢量极化椭圆的椭圆尺寸Z的计算方法为：
5.根据权利要求4所述的一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：
6.根据权利要求5所述的一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，所述复加权矢量w具体为：
7.根据权利要求6所述的一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：
8.根据权利要求7所述的一种基于多通道
...【技术特征摘要】
1.一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，步骤一中，布置由共形天线阵元组成的天线阵列模型，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，所述步骤一中，接收极化信号模型为：
4.根据权利要求3所述的一种基于多通道矢量数字波束形成和比幅的信号方位估计方法，其特征在于，所述电场矢量极化椭圆的椭圆尺寸...
【专利技术属性】
技术研发人员：司伟建，高婧涵，刘睿智，邓志安，邓磊，吴迎春，吴雄君，刘佳宁，马万禹，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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