一种用于雷达立体共形阵列的子阵降维方法

摘要

本发明属于雷达阵列天线信号处理技术领域，公开了一种用于雷达立体共形阵列的子阵降维方法。该方法可用于多种具有旋转轴的立体共形阵列，如锥台阵、柱面阵或半柱面阵、球形阵等。本发明的方法是：首先对雷达立体共形阵列进行子阵划分；然后利用三维旋转变换方程调整各子阵波束指向；最后计算降维矩阵。本发明可以根据各子阵的三维旋转相应地调整其波束指向，以达到保证降维后整个阵面的波束指向仍然一致的目的。

主权项

一种用于雷达立体共形阵列的子阵降维方法，其中所述立体共形阵列具有旋转轴，其特征在于包括以下步骤：(1)对雷达立体共形阵列进行子阵划分，确定子阵个数及各子阵阵元数，并确定标准三维坐标系、原始子阵、原始三维坐标系、相对子阵、相对三维坐标系；(2)建立标准三维坐标系XYZO，其Z轴通过所述立体共形阵列的旋转轴，设定波束指向在标准三维坐标系XYZO中的俯仰、方位角分别为θ₀,平移标准三维坐标系XYZO获得原点位于原始子阵相位中心的原始三维坐标系X₁Y₁Z₁O₁，其中角度∠O₁OZ为原始子阵的俯仰角θ₁，设定原点O₁在标准三维坐标系XYZO的XOY平面的垂足为D₁点，其中角度∠XOD₁为原始子阵的方位角设为波束指向在原始三维坐标系X₁Y₁Z₁O₁中的方向矢量，为已知量，其中P₁点在原始三维坐标系X₁Y₁Z₁O₁中的坐标为(x₁,y₁,z₁)；原始子阵和原始三维坐标系X₁Y₁Z₁O₁同时绕立体共形阵列的旋转轴旋转，获得相应的相对子阵和相对三维坐标系X₂Y₂Z₂O₂，设原始三维坐标系X₁Y₁Z₁O₁中的P₁点经旋转后得到相对三维坐标系X₂Y₂Z₂O₂中的P₂点，故P₂点在相对三维坐标系X₂Y₂Z₂O₂中的坐标也为(x₁,y₁,z₁)，即定义角度∠O₂OZ为相对子阵的俯仰角θ₂，设定原点O₂在标准三维坐标系XYZO的XOY平面的垂足为D₂点，其中角度∠XOD₂为相对子阵的方位角设为波束指向在相对三维坐标系X₂Y₂Z₂O₂中的方向矢量，为未知量；定义为相对子阵与原始子阵的俯仰、方位角度之差，即(3)在相对三维坐标系X₂Y₂Z₂O₂中，设P₂点到平面X₂O₂Y₂的垂足为E₁，定义为矢量的方位角，∠P₂O₂Z₂＝θ′₁为矢量的俯仰角；设Q₂ 点到平面X₂O₂Y₂的垂足为E₂，定义为矢量的方位角，∠Q₂O₂Z₂＝θ′₂为矢量的俯仰角；定义分别为矢量与矢量的俯仰、方位角度之差，即(4)利用相对子阵波束指向调整用三维旋转变换方程组，计算相对子阵的波束指向在相对三维坐标系X₂Y₂Z₂O₂中的方向矢量其中，相对子阵波束指向调整用三维旋转变换方程组：其中(x₁,y₁,z₁)为矢量在相对三维坐标系X₂Y₂Z₂O₂中的坐标，为已知量；为矢量与矢量的俯仰、方位角度之差，为已知量；为相对子阵波束指向在相对三维坐标系X₂Y₂Z₂O₂中的方向矢量，为未知量；进一步，利用相对子阵的波束指向在相对三维坐标系X₂Y₂Z₂O₂中的方向矢量按照如下公式计算导向矢量：其中t_ij＝(x_ij*x₂+y_ij*y₂+z_ij*z₂)/c,(x_ij,y_ij,z_ij)为相对子阵第i行、第j列阵元在标准三维坐标系XYZO中的三维坐标，i＝1，2，…,M；j＝1，2，…,N；c为光速，f₀为信号频率；(5)重复步骤(4)，计算雷达立体共形阵列中各个相对子阵的波束指向 在其对应的相对三维坐标系中的方向矢量；并计算各个相对子阵的波束指向相对应的导向矢量；(6)构建降维矩阵将各个相对子阵的波束指向相对应的导向矢量代入下式形成降维矩阵：其中，a_k为第k个子阵的导向矢量其中k＝1,2,…,L。