一种基于距离和载波相差的二维角度解算方法

摘要

本发明涉及一种基于距离和载波相差的二维角度解算方法，包括如下步骤(1)将天线阵阵元的三维空间坐标、天线阵阵元的接收信号载波相位差以及天线阵到目标的距离作为已知参数，将目标的方位角与俯仰角作为自变量，构造一个测角目标函数；(2)将二维测角问题转换为测角目标函数的最大值搜索问题，通过搜索最大值得到方位角与俯仰角度值；本发明通过搜索最大值即可得到方位角与俯仰角度值，实现了近距离目标的方位角与俯仰角的高精度测量，且能够有效抑制空间角度估计的模糊性。

主权项

1.一种基于距离和载波相差的二维角度解算方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(一)、确定测角目标函数m(α，β)最大值搜索的方位角步长st_α和俯仰角步长st_β，其中δ_α为方位角侧角精度，δ_β为俯仰角测角精度；步骤(二)、计算复向量v，公式如下：$v=\left(\begin{array}{c}{e}^{-j{\mathrm{\Delta p}}_{y1-00}}\\ e^{-j{\mathrm{\Delta p}}_{y2-00}}\\ e^{-j{\mathrm{\Delta p}}_{y2-y1}}\\ e^{-j{\mathrm{\Delta p}}_{z1-00}}\\ e^{-j{\mathrm{\Delta p}}_{z2-00}}\\ e^{-j{\mathrm{\Delta p}}_{z2-z1}}\\ e^{-j{\mathrm{\Delta p}}_{y1-z1}}\\ e^{-j{\mathrm{\Delta p}}_{y2-z2}}\end{array}\right)$其中：Δp_y1-00、Δp_y2-00、Δp_y2-y1、Δp_z1-00、Δp_z2-00、Δp_z2-z1、Δp_y1-z1、Δp_y2-z2分别为阵元y1与00、y2与00、y2与y1、z1与00、z2与00、z2与z1、y1与z1、y2与z2的相位差；j表示复数虚部；步骤(三)、令方位角α＝amin_α、俯仰角β＝amin_β，方位角、俯仰角的测角范围分别为[amin_α，amax_α]、[amin_β，amax_β]，通过如下公式计算目标P到阵元y1、y2、00、z1、z2的距离R_y1、R_y2、R₀₀、R_z1、R_z2：$\left\{\begin{array}{c}{x}_p=R\cos \left(\beta \right)\cos \left(\alpha \right)\\ y_p=R\cos \left(\beta \right)\sin \left(\alpha \right)\\ z_p=-R\sin \left(\beta \right)\\ R_{y1}=\sqrt{{(x_p-x_{y1})}^2+{(y_p-y_{y1})}^2+{(z_p-z_{y1})}^2}\\ R_{y2}=\sqrt{{(x_p-x_{y2})}^2+{(y_p-y_{y2})}^2+{(z_p-z_{y2})}^2}\\ R_{00}=\sqrt{{(x_p-x_{00})}^2+{(y_p-y_{00})}^2+{(z_p-z_{00})}^2}\\ R_{z1}=\sqrt{{(x_p-x_{z1})}^2+{(y_p-y_{z1})}^2+{(z_p-z_{z1})}^2}\\ R_{z2}=\sqrt{{(x_p-x_{z2})}^2+{(y_p-y_{z2})}^2+{(z_p-z_{z2})}^2}\end{array}\right..$其中：R为目标P到天线阵的距离；(x_y1，y_y1，z_y1)、(x_y2，y_y2，z_y2)、(x₀₀，y₀₀，z₀₀)、(x_z1，y_z1，z_z1)、(x_z2，y_z2，z_z2)分别为阵元y1、y2、00、z1、z2的坐标；步骤(四)、计算载波相位差复向量函数s(α，β)，公式如下：$s(\alpha ,\beta )=\left(\begin{array}{c}{e}^{\mathrm{jk}(R_{y1}-R_{00})}\\ e^{\mathrm{jk}(R_{y2}-R_{00})}\\ e^{\mathrm{jk}(R_{y2}-R_{y1})}\\ e^{\mathrm{jk}(R_{z1}-R_{00})}\\ e^{\mathrm{jk}(R_{z2}-R_{00})}\\ e^{\mathrm{jk}(R_{z2}-R_{z1})}\\ e^{\mathrm{jk}(R_{y1}-R_{z1})}\\ e^{\mathrm{jk}(R_{y2}-R_{z2})}\end{array}\right)$其中：k为单频信号的波数，等于λ为目标点发射到天线阵元的信号载波波长入射波；j表示复数虚部；步骤(五)、计算测角目标函数m(α，β)，将计算出的m(α，β)记为m_0×0，公式如下：$m(\alpha ,\beta )=\frac{1}{8-|s{(\alpha ,\beta )}^H·v|}$其中：H表示复向量的共轭转置操作，·表示复向量内积；步骤(六)、令方位角α＝amin_α+st_α×n、俯仰角β＝amin_β+st_β×m，设立如下三个条件：(1)n、m是整数；(2)amin_α+st_α×n≤amax_α；(3)amin_β+st_β×m≤amax_β；重复步骤(三)～步骤(五)，计算所有满足条件(1)、(2)、(3)的方位角α＝amin_α+st_α×n、俯仰角β＝amin_β+st_β×m组合上的测角目标函数值m(α，β)，并将方位角α＝amin_α+st_α×n、俯仰角β＝amin_β+st_β×m合上的测角目标函数值m(α，β)记为m_n×m；步骤(七)、搜索步骤(五)计算出的m_0×0和步骤(六)计算出的m_n×m中的最大值，具体方法如下：(1)设i、j、a、b、result为变量，且i、j、a、b、result的初始值置为0；(2)如果m_i×j大于等于result：将m_i×j的值赋给result，将i的值赋给a，将j的值赋给b。否则，result、a、b取值不变。(3)如果amin_α+st_α×(i+1)≤amax_α：i取值加1，执行第(2)步；否则，如果amin_β+st_β×(j+1)≤amax_β：i置为0，j取值加1，执行第(2)步。否则，执行第(4)步；(4)、输出a，b取值；步骤(八)、计算目标方位角α和俯仰角β：方位角α＝amin_α+st_α×a，俯仰角β＝amin_β+st_β×b。