一种基于双线性拟合的相控阵天线波束指向误差补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及相控阵天线技术领域，尤其涉及一种基于双线性拟合的相控阵天线波 束指向误差补偿方法。
【背景技术】
[0002] 相控阵雷达导引头采用了相控阵天线系统，借助数字移相器，可以在微秒级时间 内将波束从一个方向转移至另一个方向，从而实现对空域的快速扫描和目标的有效跟踪， 引导导弹飞向目标。由于数字移相器不能连续调整相位，且由于设计工艺等会引入误差，致 使天线波束不能精准指向期望方向，造成指向偏差。相控阵天线的指向误差大小对相控阵 雷达导引头系统有非常重要的影响，直接制约相控阵雷达导引头的精准打击能力。
[0003] 相控阵天线存在波束指向误差的固有特性，且在不同的指向角度，波束指向误差 不相同，进而严重影响到后续制导控制指令的精度。由于影响相控阵天线的因素很多，包括 系统误差和随机误差，使得波束指向精度提高是相控阵天线的一个难点，为提高相控阵天 线波束指向精度，提升相控阵雷达导引头系统的技战性能，需要对相控阵天线指向误差进 行有效补偿。
[0004] 提高相控阵天线波束指向精度的研究得到了相控阵技术领域研究者的关注，国内 外该技术领域的研究工作者提出了多种提高波束指向精度的方法，表1为相关的国内外专 利和论文。
[0005] 表1相控阵天线波束指向精度相关专利和论文情况表
[0008] FRAZITA RICHARD F等人提出了利用耦合网络结构的方法减少由移相器相位量化 带来的天线波束指向误差，这种方法要求天线阵列结构具有相应的结构，要求阵列结构的 移相满足处于阵列中心两边的天线单元的移相器最小相位步进的一半的奇数整数倍，并以 此申请了专利，专利号为US4188633 (A)。该方法对天线阵列结构要求苛刻，不适用普通的相 控阵天线。CHANG KAICHIANG等人给出了一种对相控阵雷达天线节相关相位量化误差的方 法，通过对每个贞元进行数字随机化赋值来降低波束指向误差，同时还可以降低波束副瓣 峰值，该方法要求采用分布式波束控制器，并在每个波束控制器中设计随机相位调整算法， 并以此申请了专利，专利号为US5103232 (A)。国内也在相控阵天线波束指向精度方面开展 了研究，沈文辉等人提出了零相位误差法用于改进波束指向精度的问题，令数字移相器中 不能准确移相的相位误差的均值等于零，从而得到一组随机馈相的进位概率和舍去概率。 利用这组概率进行相控阵天线的随机馈相。邢瑾琪等人利用统计的方法开展了相控阵天线 指向精度试验研究。刘轩等人利用循环外推阵元馈相的方法，根据理想馈相值与量化台阶 值之间的差值确定中心阵元位置，并对绝对值较小的移相器馈相量化台阶值，依次外推，在 确保所有阵元累积相位误差值最小的条件下完成所有阵元馈相。
[0009] 上述方法要么对天线阵列结构提出要求，要么使用概率的方法进行随机馈相，这 些方法具有一定的概率性，且要求对每个天线单元进行随机馈相计算，有时会出现算法发 散，波束指向误差加大，且计算量大，难以实际工程应用。
【发明内容】
[0010] 本发明提供一种基于双线性拟合的相控阵天线波束指向误差补偿方法，可根据相 控阵天线有限个波位的波束指向误差计算出全部波位的指向误差值，并以此进行相控阵天 线指向误差补偿，提高相控阵天线波束的指向精度。
[0011] 为了达到上述目的，本发明提供一种基于双线性拟合的相控阵天线波束指向误差 补偿方法，包含以下步骤：
[0012] 步骤S1、离散化可视角度区域；
[0013] 给定相控阵天线的扫描角度区域以方位角度间隔Δρ和俯仰角度间隔 A Θ构成的离散角度将可视角度区域离散化，得到空间离散角度(^,,0 ), i = 1，2,…，I，k =1，2,…，K ;
[0014] 将离散角度作为理想波位点，任意4个相邻波位点形成一个波位网格；
[0015] 步骤S2、获得波位网格上波位点的理想波束指向角度；
[0016] 按理论计算获取所有波位点的理想波束指向角度，任意选取4个相邻的空间波位 点，波位点1的理想波束指向为，波位点2的理想波束指向为，波位点3的理 想波束指向为，波位点4的理想波束指向为(朽;
[0017] 步骤S3、获得波位网络上波位点的实际波束指向角度；
[0018] 结合实际测试系统，通过波控机进行天线波束扫描，获得所有波位点的实际波束 指向角度，波位点1的实际波束指向为（a u β D，波位点2的实际波束指向为（α 2, β J，波 位点3的实际波束指向为（α β 2)，波位点的实际波束指向4为（α 2, β 2);
[0019] 步骤S4、计算波位网格上波位点的波束指向误差；
[0020] 根据所有波位点的理想波束指向角度及其对应的实际波束指向角度，计算所有波 位点的波束指向误差，波束指向误差包含方位向波束指向误差和俯仰向波 束指向误差S 01，δ 02，...，δ eK，将方位向波束指向误差，…，和俯仰向波束指向 误差S 01，δ 02, . . .，δ eK制成表格数据并存储在波控机硬件系统中；
[0022] 其中，波位点1指向误差为Ia1-奶-0)，波位点2指向误差为(α2-9> 2,A-砀）， 波位点3指向误差为科满-爲），波位点4指向误差为;
[0023] 步骤S5、划分波位网络上波位点的波束指向误差平面；
[0024] 以波位网络中的任意一个波位点作为基准点，将波位网络中的4个波位点划分为 第一波束指向误差平面A和第二波束指向误差平面B，将每个波束指向误差平面的斜率分 解为方位方向波束指向误差斜率和俯仰方向波束指向误差斜率；
[0025] 步骤S6、根据波位网格上波位点的波束指向误差计算波束指向误差平面的方位方 向波束指向误差斜率和俯仰方向波束指向误差斜率，将方位方向波束指向误差斜率和俯仰 方向波束指向误差斜率制成表格数据并存储在波控机硬件系统中；
[0026]
[0027] 其中，Δ妒为4个波位点理论上方位方向波位间隔即Af =朽-奶；Δ Θ为4个波 位点理论上俯仰方向波位间隔即Δ θ = θ2-θ1; /：Η, 为方位方向波束指向误差 斜率，kei，ke2, . . .，keK为俯仰方向波束指向误差斜率；
[0028] 步骤S7、根据待计算波位点与基准点之间的角度差值选择相应的波束指向误差平 面来在线计算波束指向误差，将可视角度区域内的所有波位点的波束指向误差生成相控阵 天线波束补偿表存储在波控机硬件系统中，实现相控阵天线波束指向误差补偿；
[0030] 其中，
'表示平面的选取，以波位点1作 为基准点为例，
表示选择第二波束指向误差平面B，
表示选择第一波束指向误差平面A ;
[0031] 公式（3)写入波控机硬件系统，便于在线计算波束指向误差值。
[0032] 所述的步骤S7包含以下步骤：
[0033] 步骤S701、计算待计算波位点与基准点之间的角度差值；
[0034] 以波位点1作为基准点为例，计算方位方向角度差(#_翁)和俯仰方向角度差 (θ - Θ i);
[0035] 步骤S702、根据方位方向角度差和俯仰方向角度差的大小，选择相应的波束指向 误差平面来计算波束指向误差；
[0036] 比较方位向角度差(炉-约）和方位向角度差的大小，当
丨时，在第二波束指向误差平面B内根据
计算待计算波位点的波束指向误差；当
'时，在第一波束指向误差平面A
内根据 计算待计算波位点的波束指向误差。
[0037] 对输入波控机硬件系统的离散角度进行高位截取，舍弃低8位数据，根据截取的 高位获得波束控制指令，i = 1，2,…，I、0k，k = 1，2, "·，Μ值，用于生成查找角度斜率 1_.，:^^2."...，..^>1、让01，1^02，...，1<: 0|(和波束指向'^差值<5^1，^￡(2，...*1^1/.、5 01，802，...，801( 数据表格的地址，而舍弃的低8为数据表示方位向波束指向误差值妒-衡，梦-豹，…於-釣 和俯仰向波束指向误差Q-Q1, θ-θ2，... Θ-ΘΜ值，用于计算波束指向误差。
[0038] 所述的方位角度间隔Δ妒和俯仰角度间隔Δ Θ都采用2.56°。
[0039] 本发明实现了利用双线性拟合方法计算相控阵天线波束指向误差补偿值，为提高 相控阵天线波束指向精度提供技术支撑，根据相控阵雷达导引头天线在有限波位的波束指 向误差，利用双线性拟合方法计算给定波位之间的波束指向误差值，并将误差补