一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法

摘要

本发明公开了一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法，该方法包括波控计算机控制球面相控阵天线波束指向动态目标；基于跟踪接收机反馈的方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压，确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点；在天线波束对目标角跟踪的差信号零点的基础上，偏转俯仰角并使用跟踪接收机校正俯仰角的角跟踪相位和增益系数，偏转方位角并使用跟踪接收机校正方位角的角跟踪相位和增益系数。本发明通过考虑目标的俯仰角的影响，用目标的俯仰角对方位角跟踪增益进行修正，解决目前球面相控阵天线对目标的角跟踪标校时，由于目标俯仰角的变化导致角跟踪标校误差大的技术问题。

权利要求

1.一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：波控计算机控制球面相控阵天线波束指向动态目标；

S2：波控计算机基于跟踪接收机反馈的方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压，确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点；其中，所述差信号零点包括方位角零点和俯仰角零点；

步骤S2具体为：

波控计算机根据跟踪接收机反馈的方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压，在程序引导或数字引导的指向的基础上，通过判定方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压收敛到零的方式，确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点；

所述确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点步骤，具体包括：

确定程序引导或数字引导的波束指向的方位角 按递归的方式调整方位角为并在调整过程中减小调整步进△ζ，直到方位角跟踪误差电压接近零点，获取此时程序引导或数字引导的波束指向的方位角零点确定程序引导或数字引导的波束指向的俯仰角 按递归的方式调整俯仰角为并在调整过程中减小调整步进△ζ，直到俯仰角跟踪误差电压接近零点，获取此时程序引导或数字引导的波束指向的俯仰角零点S3：在天线波束对目标角跟踪的差信号零点的基础上，偏转俯仰角并使用跟踪接收机校正俯仰角的角跟踪相位和增益系数，偏转方位角并使用跟踪接收机校正方位角的角跟踪相位和增益系数；

步骤S3具体包括：

球面相控阵天线以指向差信号零点为基准，在波束指向的方位角不动的情况下，改变波束指向俯仰角 和 使用跟踪接收机校正俯仰角 和俯仰角的俯仰角跟踪相位和俯仰角增益系数；

球面相控阵天线以指向差信号零点为基准，在波束指向的俯仰角不动的情况下，分别改变波束指向方位角 和 使用跟踪接收机校正在波束方位角为或方位角 时的方位角跟踪相位和方位角增益系数；

其中，所述△δE的值为天线波束宽度的一半，所述△δA＝△δA‑目标仰角0度×cos(Ф)；△δA‑目标仰角0度的值为天线波束宽度的一半，Ф为目标仰角。

2.如权利要求1所述的球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法，其特征在于，所述步骤S1，具体为：波控计算机通过预存的目标轨道根数，按照程序引导或数字引导的方式，控制球面相控阵天线波束指向动态目标。

3.如权利要求1所述的球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法，其特征在于，所述调整步进△ζ的初始值为0.06度。

4.如权利要求1‑3任意一项所述的球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法，其特征在于，所述方法用于球面相控阵天线对目标的俯仰角在0度～85度之间的角跟踪标校的修正。

说明书

一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法

技术领域

[0001] 本发明涉及天线技术领域，尤其涉及到一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法。

背景技术

[0002] 球面相控阵天线由于其多波束、多目标的工作方式以及全空域覆盖的特点，在航天测控领域的应用前景非常广泛，近几年来对球面相控阵天线在航天测控领域的研究中越来越受到重视，成为一个新型天线的热点研究领域。

[0003] 在航天测控领域中，传统抛物面天线对目标的角跟踪标校功能是通过抛物面天线在对目标引导指向过程，在引导角跟踪的基础上，用偏移天线在方位和俯仰上指向的方法，完成对天线的角跟踪误差零点的修正，和天线跟踪系统的方位角跟踪相位值与角跟踪增益系数与俯仰角跟踪相位值与角跟踪增益系数的校正。通过天线对目标的角跟踪标校功能，可以在没有天线标校塔的条件下直接对跟踪目标完成角跟踪功能校正，也可以在对目标跟踪的任务中直接检验天线角跟踪系统的功能是否正常。这项功能非常实用，已经成为航天测控领域中天线角跟踪系统的一项基本功能。与传统抛物面天线一样，球面相控阵天线在应用于航天测控领域时，对球面相控阵天线的角跟踪系统同样要求具备对目标的角跟踪标校功能。

[0004] 与传统抛物面天线不同的是，球面相控阵天线没有机械旋转机构，其波束指向的变化是通过滑窗的方式实现的。在对相控阵天线的跟踪系统进行测试中，球面相控阵天线对目标的角跟踪标校时，目标的俯仰角对方位角跟踪误差信号的校正的角跟踪增益系数影响较大，目标俯仰角越大球面相控阵天线对目标的角跟踪标校时的方位角跟踪误差信号的校正的角跟踪增益系数越大，甚至出现目标高仰角情况下无法标校出方位角跟踪误差信号的角跟踪增益系数的情况。这种差异导致的结果是在目标仰角较大时球面相控阵天线对目标的角跟踪标校结果无法满足天线对目标自跟踪需要，即无法完成对目标的自跟踪。

发明内容

[0005] 本发明的主要目的在于提供一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法，旨在解决目前球面相控阵天线对目标的角跟踪标校时，由于目标俯仰角的变化导致角跟踪标校误差大的技术问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法，所述方法包括以下步骤：

[0007] S1：波控计算机控制球面相控阵天线波束指向动态目标；

[0008] S2：波控计算机基于跟踪接收机反馈的方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压，确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点；其中，所述差信号零点包括方位角零点和俯仰角零点；

[0009] S3：在天线波束对目标角跟踪的差信号零点的基础上，偏转俯仰角并使用跟踪接收机校正俯仰角的角跟踪相位和增益系数，偏转方位角并使用跟踪接收机校正方位角的角跟踪相位和增益系数。

[0010] 可选的，所述步骤S1，具体为：波控计算机通过预存的目标轨道根数，按照程序引导或数字引导的方式，控制球面相控阵天线波束指向动态目标。

[0011] 可选的，所述步骤S2，具体为：波控计算机根据跟踪接收机反馈的方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压，在程序引导或数字引导的指向的基础上，通过判定方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压收敛到零的方式，确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点。

[0012] 可选的，所述确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点步骤，具体包括：

[0013] 确定程序引导或数字引导的波束指向的方位角 按递归的方式调整方位角为并在调整过程中减小调整步进△ζ，直到方位角跟踪误差电压接近零点，获取此
时程序引导或数字引导的波束指向的方位角零点

[0014] 确定程序引导或数字引导的波束指向的俯仰角 按递归的方式调整俯仰角为并在调整过程中减小调整步进△ζ，直到俯仰角跟踪误差电压接近零点，获取此
时程序引导或数字引导的波束指向的俯仰角零点

[0015] 可选的，所述调整步进△ζ的初始值为0.06度。

[0016] 可选的，所述步骤S3，具体包括：

[0017] 球面相控阵天线以指向差信号零点为基准，在波束指向的方位角不动的情况下，改变波束指向俯仰角 和 使用跟踪接收机校正俯仰角 和俯仰角 的俯仰角跟踪相位和俯仰角增益系数；

[0018] 球面相控阵天线以指向差信号零点为基准，在波束指向的俯仰角不动的情况下，改变波束指向方位角 和 使用跟踪接收机校正方位角 和方位角的方位角跟踪相位和方位角增益系数。

[0019] 可选的，所述△δE的值为天线波束宽度的一半。

[0020] 可选的，所述△δA＝△δA‑目标仰角0度×cos(Ф)；其中，△δA‑目标仰角0度的值为天线波束宽度的一半，Ф为目标仰角。

[0021] 可选的，所述方法用于球面相控阵天线对目标的俯仰角在0度～85度之间的角跟踪标校的修正。

[0022] 此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正系统，所述系统包括球面相控阵天线、数字波束形成单元、跟踪接收机和波控计算机；其中：所述球面相控阵天线、数字波束形成单元、跟踪接收机和波控计算机共同执行如上任意一项所述的球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法。

[0023] 本发明的有益效果是：

[0024] 修正了系统在高仰角情况下的角跟踪标校误差。本发明通过对目标仰角带来的角跟踪标校偏移值的修正，解决了球面相控阵天线在对空间目标进行角跟踪标校时由于标校误差带来的性能下降。简化了系统的操作与使用的复杂性。

[0025] 实现简单、资源占用较少，便于自动化操作。利用本发明不需要复杂电路，利用球面相控阵天线原有硬件设备，仅仅增加软件算法和流程，实现方法比较简单。便于自动化运行，降低了系统设计成本。

[0026] 本发明操作简便快捷，便于系统设计，提高系统。本发明操作流程简单，对球面相控阵系统设计提出具体的量化指标，并给出影响量化指标的具体因素，便于在球面相控阵天线设计时按具体情况进行优化取舍。

附图说明

[0027] 图1为球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法的流程示意图；

[0028] 图2为波束指向目标的示意图；

[0029] 图3为俯仰方向上角跟踪标校的示意图；

[0030] 图4为方位方向上角跟踪标校的示意图；

[0031] 图5为方位方向上角跟踪标校的修正方法示意图；

[0032] 图6为球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正系统的结构示意图。

[0033] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

[0034] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0035] 本发明实施例提供了一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法，如图1所示，图1为本发明球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法实施例的流程示意图。

[0036] 本实施例中，所述球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法包括以下步骤：

[0037] S1：波控计算机控制球面相控阵天线波束指向动态目标。

[0038] 需要说明的是，波控计算机通过预存的目标轨道根数，按照程序引导或数字引导的方式，控制球面相控阵天线波束指向动态目标。

[0039] 在本实施例中，首先，在球面相控阵天线对目标的角跟踪标校中，波控计算机首先通过预存的目标轨道根数，按照程序引导或数字引导的方式，控制球面相控阵天线波束指向动态目标。

[0040] 由于目标轨道根数的精度问题，程序引导的波束指向有一定的偏差。所以在球面相控阵天线在对目标的角跟踪标校前，还需要找天线波束对目标角跟踪的差信号零点。

[0041] S2：波控计算机基于跟踪接收机反馈的方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压，确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点；其中，所述差信号零点包括方位角零点和俯仰角零点。

[0042] 需要说明的是，如图2所示，波控计算机根据跟踪接收机反馈的方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压，在程序引导或数字引导的指向的基础上，通过判定方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压收敛到零的方式，确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点。

[0043] 其中，确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点步骤，具体包括：

[0044] 确定程序引导或数字引导的波束指向的方位角 按递归的方式调整方位角为并在调整过程中减小调整步进△ζ，直到方位角跟踪误差电压接近零点，获取此
时程序引导或数字引导的波束指向的方位角零点

[0045] 确定程序引导或数字引导的波束指向的俯仰角 按递归的方式调整俯仰角为并在调整过程中减小调整步进△ζ，直到俯仰角跟踪误差电压接近零点，获取此
时程序引导或数字引导的波束指向的俯仰角零点

[0046] 在优选的实施例中，所述调整步进△ζ的初始值为0.06度。

[0047] 在本实施例中，确定差信号的零点的原理是：波控计算机根据跟踪接收机反馈的方位角跟踪误差电压，与俯仰角跟踪误差电压，在程序引导或数字引导的指向的基础上，通过判定方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压收敛到零的方式，找到天线波束对目标角跟踪的差信号零点。

[0048] 差信号的零点查找的方法如下：设程序引导的波束指向的方位角为 俯仰角为 首先调整程方位角为 其中初始值△ζ＝0.06度，若方位角跟踪误
差电压增加则按相反方向调整方位引导角为 按这种方式递归调整，并在
调整过程中减小调整步进即△ζ的值，直到方位角跟踪误差电压接近零点，记录此时的程序引导的方位角零点 按照样的方式调整程序引导的俯仰角 可得到程序引导的俯
仰角零点

[0049] S3：在天线波束对目标角跟踪的差信号零点的基础上，偏转俯仰角并使用跟踪接收机校正俯仰角的角跟踪相位和增益系数，偏转方位角并使用跟踪接收机校正方位角的角跟踪相位和增益系数。

[0050] 需要说明的是，偏转俯仰角和偏转方位角步骤，具体包括：

[0051] 球面相控阵天线以指向差信号零点为基准，在波束指向的方位角不动的情况下，改变波束指向俯仰角 和 使用跟踪接收机校正俯仰角 和俯仰角的俯仰角跟踪相位和俯仰角增益系数；

[0052] 球面相控阵天线以指向差信号零点为基准，在波束指向的俯仰角不动的情况下，改变波束指向方位角 和 使用跟踪接收机校正方位角 和方位角的方位角跟踪相位和方位角增益系数。

[0053] 在优选的实施例中，△δE的值为天线波束宽度的一半。

[0054] 在优选的实施例中，所述△δA＝△δA‑目标仰角0度×cos(Ф)；其中，△δA‑目标仰角0度的值为天线波束宽度的一半，Ф为当前的俯仰角零点。

[0055] 在本实施例中，如图3所示，球面相控阵天线对目标的角跟踪标校在完成差零点的查找后，下一步就可以进行俯仰角跟踪标校。波控计算机将波束指向差零点，即波束指向的方位角为 俯仰角为 此时球面相控阵的球心与目标A的连线oA在球面上的交点为o′。

[0056] 这里oo′在球面阵坐标系(o,x,y,z)上的方位角为 俯仰角为 球面相控阵天线对目标的角跟踪标校的俯仰角校相是以指向oo′为基准，在波束指向的方位角不动的情况下，只改变波束指向俯仰角，分别指向两个位置：oo″，即 和
oo″′，即 这里的两个点o″和o″′都在球面上的以过球心o、球顶点K和
o′这三个点切线上。

[0057] 其中△δE一般取天线波束宽度的一半，例如天线波束宽度为2度，可取△δ俯仰为1度。在波束分别指向的两个位置oo″和oo″′时，用跟踪接收机校正俯仰角跟踪相位及俯仰角跟踪增益系数。

[0058] 如图4和图5所示，球面相控阵天线对目标的角跟踪标校的方位角校相与俯仰角校相类似，首先波控计算机将波束指向差零点oo′，以指向oo′为基准，在波束指向的俯仰角不动的情况下，只改变波束指向方位角，分别指向两个位置：oo″，即 和oo″′，即

[0059] 这里的两个点o″和o″′都在球面上的以过o′点的与xoy面平行的切面W的圆周上。在波束分布指向的两个位置oo″和oo″′时，用跟踪接收机校正俯仰角跟踪相位及俯仰角跟踪增益系数，完成对目标的角跟踪标校的方位角跟踪标校。

[0060] 其中，与△δE为一个固定值的俯仰角校相不同，△δA的取值与目标的仰角相关，在目标不同的仰角下需要对△δA值做修正，这里用△δA—目标仰角表示目标在不同仰角情况下方位角校相的△δA值。△δA值的修正规则如下：以目标在水平线上，即 为0度时的△δA‑目标仰角0度为基准。△δA‑目标仰角0度按照天线波束宽度的一半取值，例如天线波束宽度为2度，可取△δA‑目标仰角0度为1度。在目标仰角为Ф时，即 时，按照横切圆面W的圆周上o′o″和o″o″′的弧长与目标仰角为0时，即 时的弧长相同的方式计算△δA‑目标仰角Ф可以看出△δA‑目标仰角Ф与横切圆面W的半径R′与球面天线半径R的比值相关。

[0061] 在目标仰角为Ф时，即 时，△δA‑目标仰角Ф按照如下算法进行修正：

[0062] △δA‑目标仰角Ф＝△δA‑目标仰角0度×cos(Ф)

[0063] 即，在目标仰角为Ф时，△δA_目标仰角Ф按照上述方法取值，并用波控计算机分别指向分别指向两个位置：oo″，即 和oo″′，即用跟踪接收机校正俯仰角跟踪相位及俯仰角跟踪增益系数，
完成对目标的角跟踪标校的方位角跟踪标校。

[0064] 需要说明的是，如果目标在90度的仰角上，由于方位角与俯仰角的跳变，对目标的角跟踪标校无法正常实施，按照预留5度的原则。本实施例对目标的角跟踪标校适用于目标俯仰角在0度～85度之间实施。

[0065] 本实施例提供一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法，该方法包括波控计算机控制球面相控阵天线波束指向动态目标；基于跟踪接收机反馈的方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压，确定天线波束对目标角跟踪的差信号零点；在天线波束对目标角跟踪的差信号零点的基础上，偏转俯仰角并使用跟踪接收机校正俯仰角的角跟踪相位和增益系数，偏转方位角并使用跟踪接收机校正方位角的角跟踪相位和增益系数。本发明通过考虑目标的俯仰角的影响，用目标的俯仰角对方位角跟踪增益进行修正，解决目前球面相控阵天线对目标的角跟踪标校时，由于目标俯仰角的变化导致角跟踪标校误差大的技术问题。

[0066] 在优选的实施例中，如图6所示，还提出一种球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正系统，具体包括：包括球面相控阵天线、数字波束形成单元、跟踪接收机和波控计算机。

[0067] 需要说明的是，对于球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正系统，一般包含球面相控阵天线、数字波束形成单元(DBF)、跟踪接收机和波控计算机：其中球面相控阵天线负责接收数字波束形成单元(DBF)送来的各个阵元的上行数字信号，并将上行数字信号转换为上行射频模拟信号，再将该信号送到各个阵元天线发射出去，同时将各个阵元接收到的下行射频模拟信号转换为数字信号发送给数字波束形成单元(DBF)；数字波束形成单元(DBF)负责上行数字信号对空间目标进行合成上行波束合成与下行数字信号进行下行波束合成，其中下行波束合成包含下行合路波束信号合成与下行差路波束信号合成；跟踪接收机负责接收数字波束形成单元(DBF)产生的下行合路波束信号与差路波束信号，并根据合、差信号产生锁定指示、AGC电压、方位角跟踪误差电压和俯仰角跟踪误差电压，再将产生的这几个信号送波控计算机；波控计算机控制球面相控阵天线的波束指向，并根据跟踪接收机传递的信号判定波束指向状态。

[0068] 本实施例中，所述球面相控阵天线、数字波束形成单元、跟踪接收机和波控计算机共同执行如上所述的球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正方法。

[0069] 本发明球面相控阵天线对动态目标角跟踪标校的修正系统的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

[0070] 以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。