一种二维平面圆环阵列的测向方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于阵列测向技术领域，尤其涉及一种可提高二维平面圆环阵列估计精度 的测向方法。
【背景技术】
[0002] 基于相位差测量和到达时间差测量方法的阵列测向技术广泛应用于雷达、通信， 麦克风阵列等电子系统中。平面阵列中的圆环阵由于具有良好的对称性，广泛应用于目标 二维角度的阵列测向中。最简单的圆环阵有等距三角阵、矩形阵等。虽然随着阵元数量的 增加，阵列测向性能也会得到一定的提升，但是由于受阵列测向模型以及测量参数误差的 影响，对于二维角度估计，当目标来波方向接近阵面法线方向时，目标的方位角估计误差较 大，而当来波方向接近于阵面方向时，目标的俯仰角估计误差较大。因此，如何提高目标来 波方向接近阵面法线方向和平行于阵面方向时的角度估计性能成为测向技术研宄的重点 和难点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种可以提高目标的测向精度的二维平面圆环阵列的测向 方法。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
[0005] -种二维平面圆环阵列的测向方法，阵列接收辐射源目标发出的入射波，所述阵 列包括N个阵元，包括以下步骤：
[0006] 步骤1、计算阵列中每个阵元的方位角，得到阵列的方位角序列0amy= [0 :… 9i…9J，其中，9i为第i个阵元的方位角，i = l，…，N;
[0007] 步骤2、获取辐射源目标距离阵列中各阵元与参考阵元的距离差矢量；
[0008] 以第1个阵元作为参考阵元，辐射源目标距离阵列中各阵元与参考阵元的距离差 矢量6= [ A ru…Ary…A rN，J，其中Ary为福射源目标到第i个阵元和参考阵元 的距离差；
[0009] 步骤3、依次选择每个阵元作为临时参考阵元，分别对辐射源目标进行方位角和俯 仰角预估计：
[0010] 步骤3-1、选择第i个阵元为临时参考阵元，构造阵列位置差矩阵P i:
[0011] 步骤3-2、根据步骤2得到的辐射源目标距离阵列中各阵元与参考阵元的距离差 矢量，计算该临时参考阵元的距离差矢量r i:
[0012] 巧=[Ar1;1 …Aivu Ari+1;1 …
[0013] 步骤3-3、根据临时参考阵元的距离差矢量ri和阵列位置差矩阵Pi计算中间估计 参量A :
[0015] 步骤3-4、计算以第i个阵元作为临时参考阵元时的目标的方位角预估值和俯 仰角预估值戎：
_ 8] 其中，y !」、y ! 2根据< ='得出；
[0019] 步骤3-5、判断i是否等于N，若否，则令i = i+1，重复步骤3-1至步骤3-4,针对 每一个阵元进行角度预估计，从而得到所有阵元作为临时参考阵元时对应的角度预估计值 集合：
[0020]
[0021] 步骤4、对目标方位角进行精确估计，得到方位角精确估计值4;
[0022] 步骤4-1、计算方位角预估值七和方位角序列0 may对应阵元的方位角度差：
[0024] 步骤4-2、对步骤4-1得到的各阵元对应的方位角度差的绝对值 冷-叫，|4-a|，…，|4-&|进行排序，取角度差绝对值最小值所对应的阵元作为临时 参考阵元时目标的方位角预估值作为第一方位角度值，
[0025] 步骤4-3、将第一方位角度值I旋转180度，得到式1+180:
[0026] 当I位于第一象限或第二象限时， ^</l+180 =^q\ ~ 71；
[0027] 当&位于第三象限或第四象限时，夂1±180 = 1+冗；
[0028] 步骤4-4、对式議，之剛-沒2 ，…，式_-6v进行排序，取前述角度差 绝对值最小值所对应的阵元为临时参考阵元时目标的方位角预估值作为第二方位角估计 值I;
[0029] 步骤4-5、将^和^^的平均值作为目标方位角的精确估计值.
[0030] 步骤5、对目标俯仰角进行精确估计，得到俯仰角精确估计值步；
[0031] 步骤5-1、计算与步骤4得到的目标方位角的精确估计值义相差90度的第一参考 角度值6 ,和第二参考角度值:
[0036] 步骤5-3、对|九-^，|九-及|，…，|H|进行排序，取前述角度差绝对值最 小值所对应的阵元为临时参考阵元时目标的俯仰角预估值作为第一垂直阵元俯仰角度值
[0037] 步骤5-4、对卜-^，g2-戌|，…，卜-4|进行排序，取前述角度差绝对值 最小值所对应的阵元为临时参考阵元时目标的俯仰角预估值作为第二垂直阵元俯仰角度 值九；
[0038] 步骤5-5、将色,t和九的平均值作为目标俯仰角的精确估计值
[0039] 本发明主要针对基于相位差测量和到达时间差测量的二维平面圆环阵列测向方 法，根据目标所处的空间方位有效利用最佳参考阵元实现对目标信号的精确测向，大大降 低由于角度定义和角度估计模型以及目标所处空间位置不同而引起的角度估计误差，进一 步提尚了全方位目标的角度估计性能，进而提尚目标的测向精度。
[0040] 更进一步的，所述阵列为均匀圆环阵列，阵列的阵面位于XY平面上，阵列圆心 位于坐标轴的原点处，N个阵元分布于半径为R的圆环上，第1个阵元位于X轴的正半轴 上，第2,…，N个阵元按逆时针方向依次沿圆环均匀分布，阵列中第i个阵元的位置坐标
[0041] 更进一步的，第i个阵元的方位角0 :
[0042]
[0043] 更进一步的，所述阵列位置差矩阵Pi为：
[0044] 由于均匀圆环阵的对称性，通过选择参考阵元提高阵列的测向性能，因此适用于 所有基于相位差或到达时间差测量的圆阵测向系统，也可推广应用于相应的非均匀圆阵测 向系统。
【附图说明】
[0045] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他的附图。
[0046] 图1为本发明阵列的示意图；
[0047] 图2为本发明阵列方位角的分布示意图；
[0048] 图3为本发明方法的流程图；
[0049] 图4为对辐射源目标进行方位角预估计的步骤流程图；
[0050] 图5a至图5d为目标位于(0=10，cp=30)方位时的测向结果比较分析图。
[0051] 图6a至图6d为目标位于（0=80，cp=30)方位时的测向结果比较分析图。
[0052] 图7a至图7d为目标位于（0=100，（p=30)方位时的测向结果比较分析图。
[0053] 图8a至图8d为目标位于（0=丨70，（p=30)方位时的测向结果比较分析图。
[0054] 图9a为传统方法的方位角估计误差图。
[0055] 图9b为传统方法的俯仰角估计误差图。
[0056] 图10a为本发明方法的方位角估计误差图。
[0057] 图10b为本发明方法的俯仰角估计误差图。
[0058] 图11a为方位角估计时所用的参考阵元序号1。
[0059] 图lib为方位角估计时所用的参考阵元序号2。
[0060] 图11c为俯仰角估计时所用的参考阵元序号1。
[0061] 图lid为俯仰角估计时所用的参考阵元序号2。
【具体实施方式】
[0062] 为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例， 并配合所附图示，做详细说明如下。
[0063] 本发明目的在于提高二维平面圆环阵列的角度估计精度，针对基于相位差测量和 到达时间差测量的二维平面阵列，依据目标所处的空间方位通过自适应选择最佳的参考阵 元，并利用最佳参考阵元所对应的测向参