专利名称：桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及雷达信号处理技术领域的桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法。本发明可实现八单元均匀圆阵天线在桅杆遮挡效应存在时导向矢量的构建，以保证雷达信号处理机得到良好的信号到达角估计结果。
背景技术：
目前，国内外在雷达信号处理技术领域中，特别在均匀圆阵的应用方面，很少考虑到架起均匀圆阵天线的金属桅杆对匀圆阵天线阵子的遮挡效应，而实际情况下，金属桅杆对均匀圆阵天线阵子的影响很大，将极大程度的改变均匀圆阵天线的导向矢量，使得一切使用理想情况下均匀圆阵导向矢量的阵列信号处理方法在实际应用中不能得到良好的结果O哈尔滨工程大学在其专利申请文件"一种基于均匀圆阵列的波达方向估计方法"(公开号CN102608565A申请号201210078294.0申请日2012.03.23)中公开了一种利用MUSIC算法进行波达方向估计的方法。该方法利用模式空间变换过程中数据结构特点，消除均匀高斯白噪声对波达方向估计的影响，提高估计性能；并采用独立信号和相干信号分开估计的方法，消除阵列经过模式空间变换后的噪声影响。该方法存在的不足是，进行波达方向估计时，所使用的导向矢量是理想情况下均匀圆阵的导向矢量，没有考虑桅杆遮挡效应的影响，因此在实际应用中该方法不能准确地对波达方向进行估计。北京交通大学在其专利申请文件"基于均匀圆阵列天线的多扇区空间复用方法及其系统"(公开号CN101674114申请号200910093583.6申请日2009.10.13)中公开了一种基于均匀圆阵列天线的多扇区空间复用方法。该方法首先确定均匀圆阵列天线的各个参数，然后依据均匀圆阵列参数进行波束合成以获取全向方向图，最后进行多扇区空间复用。该方法存在的不足是，进行波束形成时，所使用的导向矢量是理想情况下均匀圆阵的导向矢量，没有考虑架起均匀圆阵天线的金属桅杆对均匀圆阵天线阵子接收信号时的影响，导致一些阵子接收的信号具有极大的衰减，因此在实际应用中不能得到期望的波束形成结果O
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，实际测量得到桅杆对八单元均匀圆阵天线阵子接收信号的衰减曲线，继而构建桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量，解决了现有技术在有桅杆遮挡时无法精确获得八单元均匀圆阵天线导向矢量的问题。实现本发明目的的思路是，首先测量出八单元均匀圆阵天线归一化波瓣图，采用最小二乘拟合算法拟合八单元均匀圆阵天线归一化波瓣图凹口，然后根据到达角所在区间计算对角矩阵，利用对角矩阵对理想导向矢量进行校正构建桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量。
为了实现上述目的，本发明具体实现步骤包括如下:(I)架设阵子:将八单元均匀圆阵天线的任意一个阵子架设在金属桅杆上；(2)放置信号源:将一单频校正信号源放置于阵子的远场；(3)测绘归一化波瓣图:采用波瓣仪测绘所架设阵子的归一化波瓣图，读取归一化波瓣图凹口的宽度值；(4)拟合归一化波瓣图凹口处曲线:采用最小二乘拟合算法计算归一化波瓣图凹口处曲线的斜率、截距、归一化波瓣图凹口处曲线函数值，由此获得拟合归一化波瓣图凹口处曲线；(5)划分区间:将到达角角度范围
步骤2，放置信号源:将一单频校正信号源放置于阵子的远场。步骤3，测绘归一化波瓣图。采用波瓣仪测绘所架设阵子的归一化波瓣图，读取归一化波瓣图凹口的宽度值。步骤4，拟合归一化波瓣图凹口处曲线。将步骤3中归一化波瓣沿横轴平移，使凹口最低点的横坐标为O。在平移后的归一化波瓣图凹口处曲线上按横坐标每隔1°取一个点，共取N个点，N的大小由凹口的宽度值而定。按照下式计算获得拟合曲线的斜率和拟合曲线的截距:
权利要求
1.一种桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，其具体步骤如下: (1)架设阵子:将八单元均匀圆阵天线的任意一个阵子架设在金属桅杆上； (2)放置信号源:将一单频校正信号源放置于阵子的远场； (3)测绘归一化波瓣图: 采用波瓣仪测绘所架设阵子的归一化波瓣图，读取归一化波瓣图凹口的宽度值； (4)拟合归一化波瓣图凹口处曲线: 采用最小二乘拟合算法计算归一化波瓣图凹口处曲线的斜率、截距、归一化波瓣图凹口处曲线函数值，由此获得拟合归一化波瓣图凹口处曲线； (5)划分区间:将到达角角度范围[0°，360°)划分成九个区间； (6)选取到达角: 在到达角角度范围[0°，360° )内，每隔1°取一个到达角，将选取的360个到达角按从小到大的顺序排列，选取最小的到达角作为观测角； (7)构建导向矢量: 7a)计算观测角的理想导向矢量； 7b)计算观测角的拟合值； 7c)构建对角矩阵； 7d)计算观测角的导向矢量； (8)判断是否已选取完所有的到达角: 判断360个到达角中的观测角是否全部选取完，如果是，则执行步骤(9)，否则，按照排序选取360个到达角中的尚未选取的下一个到达角作为观测角，执行步骤(7)； (9)各到达角导向矢量构建完毕。
2.根据权利要求1所述的桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，其特征在于:步骤(4)所述的最小二乘拟合算法，具体执行步骤如下: 第一步:将归一化波瓣沿横轴平移，使凹口最低点的横坐标为0 ; 第二步:在平移后的归一化波瓣图凹口处曲线上按横坐标每隔1°取一个点，共取N个点，N的大小由凹口的宽度值而定； 第三步:按照下式计算获得拟合曲线的斜率和拟合曲线的截距: 呼3兄'-剩 a’ i=i 其中，min表不取最小值符号，a表不拟合曲线的斜率，b表不拟合曲线的截距，E表不求和符号，112表示求模的平方，11表示求绝对值符号，yi表示本步骤第二步中在归一化波瓣图凹口处曲线上所取的第i个点的纵坐标，9 i表示本步骤第二步中在归一化波瓣图凹口处曲线上所取的第i个点的横坐标，i表示本步骤第二步中在归一化波瓣图凹口处曲线上所取的点的序号，i = 1，2，...，N，N表示本步骤第二步中在归一化波瓣图凹口处曲线上所取点的个数； 第四步:按照下式求拟合曲线函数值:I (￠) = a I I +b 其中，IO)表示拟合曲线在自变量处的函数值，<i>表示拟合曲线的自变量，a表示拟合曲线的斜率，I I表示求绝对值符号， b表示拟合曲线的截距。
3.根据权利要求1所述的桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，其特征在于:步骤(5)所述的九个区间的范围如下:第一个区间的范围为[0*,α0/2)U(360°-α0/2, ,360° )，第二个区间的范围为(π/4-α0/2,π/4+α0/2)，第三个区间的范围为(π/2-α0/2,π/2+α0/2)，第四个区间的范围为(3π/4-α0/2,3π/4+α0/2)，第五个区间的范围为(π-α0/2,π+α0/2)，第六个区间的范围为(5π/4-α0/2,5π/4+α0/2)，第七个区间的范围为(3π-α0/2,3π+α0/2)，第八个区间的范围为(7π/4-α0/2,7π/4+α0/2)，令除上述八个区间以外的区间为第九个区间；其中，表示归一化波瓣图凹口宽度值，U表示区间合并符号。
4.根据权利要求1所述的桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，其特征在于:步骤7a)中所述理想导向矢量按照下式计算得到:
5.根据权利要求1所述的桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，其特征在于:步骤7b)中所述拟合值的计算步骤如下: 第一步:判断观测角是否位于第九个区间，如果位于第九个区间，则拟合值为1，执行本步骤的第三步，否则，执行本步骤的第二步； 第二步:按照下式计算拟合值:L(θ) = l(θ-π/4*k) 其中，L(9)表示观测角的拟合值，I表示拟合的归一化波瓣图凹口处曲线函数值，Θ表示观测角的角度值，k表示观测角所在九个区间中对应的区间号； 第三步:观测角的拟合值计算完毕。
6.根据权利要求1所述的桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，其特征在于:步骤7c)中所述对角矩阵是将八阶单位矩阵的第(k+4) % 8个对角元素替换为观测角的拟合值来构建的；其中，k表示观测角所在九个区间中对应的区间号，％表示求余符号。
7.根据权利要求1所述 的桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，其特征在于:步骤7d)中所述导向矢量是将对角矩阵左乘理想导向矢量计算得到的。
全文摘要
本发明公开了一种桅杆遮挡时八单元均匀圆阵天线导向矢量构建方法，主要解决现有技术忽视桅杆遮挡效应而导致八单元均匀圆阵天线导向矢量与实际情况差别大的问题。其实现的具体步骤如下，(1)架设阵子；(2)放置信号源；(3)测试归一化波瓣图；(4)拟合归一化波瓣图凹口处曲线；(5)划分区间；(6)选取到达角；(7)构建导向矢量；(8)判断是否已选取完所有的到达角；(9)各到达角导向矢量构建完毕。本发明具有构建的导向矢量更加符合实际情况的优点，本发明所构建的导向矢量可用于各种阵列信号处理领域，本发明也适用于桅杆遮挡效应存在时其他均匀圆阵导向矢量的构建。
文档编号G01S7/02GK103116153SQ20131005590
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者王俊, 吕小永, 焦雪, 张培川, 刘杰, 田敬勋 申请人:西安电子科技大学