本發(fā)明涉及相控陣波束控制領(lǐng)域，具體涉及一種相控陣波束跟蹤方法。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有的相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)主要依靠和差功分網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)測角和波束跟蹤功能。相控陣?yán)走_(dá)通過和差功分網(wǎng)絡(luò)形成天線的和差方向圖，相控陣?yán)走_(dá)控制收發(fā)（TR）單元接收目標(biāo)回波信號，通過和差功分網(wǎng)絡(luò)后形成和通道信號和差通道信號。相控陣?yán)走_(dá)的信號處理機(jī)對和差通道信號進(jìn)行和差比幅比相測角，計(jì)算出目標(biāo)在方位向和俯仰向上的雷達(dá)角誤差，并通過雷達(dá)角誤差對波束指向進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)相控陣波束跟蹤。上述的傳統(tǒng)波束跟蹤技術(shù)以相控陣?yán)走_(dá)的和差功分網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，對相控陣的硬件結(jié)構(gòu)依賴較大；和差功分網(wǎng)絡(luò)的使用需占用一定的平臺體積，且由于其自身的原因，小型化設(shè)計(jì)較為困難。因此，傳統(tǒng)的波束跟蹤技術(shù)很難在小型化的相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)上進(jìn)行應(yīng)用。當(dāng)技術(shù)的應(yīng)用和研究背景是一種小型的環(huán)形共型相控陣。該環(huán)形共型相控陣由若干條一維線陣沿方位向共型拼接而成。由于體積較小，相控陣在方位向無法進(jìn)行和差網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。因此，無法通過常規(guī)的單脈沖測角的方式實(shí)現(xiàn)波束在方位向上的跟蹤。通過檢索，找到與本專利相關(guān)的論文兩篇，專利一篇。分別是《微波學(xué)報(bào)》2012年12月第28卷第6期的《一種基于信標(biāo)的移動衛(wèi)星相控陣波束跟蹤算法》、《南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)》2011年8月第43卷第4期的《基于目標(biāo)威脅度計(jì)算的相控陣快速確認(rèn)跟蹤模式》以及公開號為CN102522632的《衛(wèi)星移動通信相控陣天線的分子陣數(shù)字化波束跟蹤方法》專利。其中，《一種基于信標(biāo)的移動衛(wèi)星相控陣波束跟蹤算法》提出了一種利用衛(wèi)星信標(biāo)信號來實(shí)施基于相控陣天線的波束跟蹤算法，該算法能夠克服衛(wèi)星信標(biāo)信號強(qiáng)度弱，檢測困難等弱點(diǎn)，提高跟蹤信噪比。其最大的優(yōu)點(diǎn)是沒有任何陀螺儀的輔助，提高了天線的適應(yīng)能力。但該算法要求將相控陣天線劃分為4個(gè)象限，且每個(gè)象限后端要求具有其獨(dú)立的和差功分網(wǎng)絡(luò)和跟蹤接收機(jī)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對相控陣平臺的體積要求較高。而本專利提出的技術(shù)能夠在沒有和差功分網(wǎng)絡(luò)的情況下，實(shí)現(xiàn)相控陣的波束跟蹤，適用于平臺體積較小的相控陣系統(tǒng)?！痘谀繕?biāo)威脅度計(jì)算的相控陣快速確認(rèn)跟蹤模式》提出的跟蹤模式，也是以傳統(tǒng)的相控陣和差功分網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，采用優(yōu)化的相控掃描模式，充分利用相控陣波束捷變能力，對相控陣目標(biāo)跟蹤策略進(jìn)行了優(yōu)化，并未提出全新的波束跟蹤方法。專利《衛(wèi)星移動通信相控陣天線的分子陣數(shù)字化波束跟蹤方法》的申請人與論文《一種基于信標(biāo)的移動衛(wèi)星相控陣波束跟蹤算法》的作者一致。通過仔細(xì)比對以上的專利與論文，發(fā)現(xiàn)兩者所提出的波束跟蹤方法一致，因此，上述專利并未涉及到本專利所提出的波束跟蹤技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種相控陣波束跟蹤方法，解決了在沒有和差網(wǎng)絡(luò)的情況下，小型環(huán)形共型相控陣的測角和波束跟蹤問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種相控陣波束跟蹤方法，其特點(diǎn)是，該方法適用于環(huán)形共型相控陣，該環(huán)形共型相控陣包含若干條一維線陣，若干條該一維線陣沿方位向共型拼接呈環(huán)形結(jié)構(gòu)；上述相控陣波束跟蹤方法包含：步驟1、環(huán)形共型相控陣通過控制方位向波束遍歷其方位向上所有波位，確定跟蹤目標(biāo)所在方位向的波位；步驟2、環(huán)形共型相控陣控制方位向波束指向跟蹤目標(biāo)所在波位，并以此波位作為跟蹤循環(huán)掃描的中心波位；步驟3、環(huán)形共型相控陣以中心波位為中心，對跟蹤目標(biāo)相鄰空域內(nèi)的三個(gè)波位進(jìn)行跟蹤循環(huán)掃描，分別檢測并記錄三個(gè)波位中的目標(biāo)回波能量；步驟4、環(huán)形共型相控陣比較跟蹤目標(biāo)相鄰空域內(nèi)三個(gè)波位的目標(biāo)回波能量的大小，取其中目標(biāo)回波能量最大的波位確定為下一次跟蹤循環(huán)掃描的中心波位；重復(fù)步驟3和步驟4，環(huán)形共型相控陣在方位向上進(jìn)行持續(xù)波束跟蹤。上述一維線陣沿其俯仰向設(shè)有若干通道的收發(fā)組件；環(huán)形共型相控陣通過各個(gè)一維線陣上若干通道的收發(fā)組件進(jìn)行俯仰向上的波束掃描。上述環(huán)形共型相控陣中若干相鄰的一維線陣同時(shí)工作，形成方位向波束；當(dāng)若干相鄰的一維線陣處于相同相位工作，方位向波束的波位指向?yàn)榉ň€方向。若干相鄰的上述一維線陣同時(shí)工作時(shí)，通過改變各一維線陣之間的相位差，可以得到相對于法線方向分別具有+a或-a夾角的兩種指向的方位向波束，a為方位向波束與法線方向的夾角。上述方位向波束與法線方向的夾角a為3.75度。上述步驟1中，環(huán)形共型相控陣通過按順序更改同時(shí)工作的一維線陣的組合，控制方位向波束遍歷環(huán)形共型相控陣方位向上所有波位。上述步驟4具體包含：設(shè)此時(shí)的中心波位為波位號為n，則掃描的波位號包含：n-1、n以及n+1；比較波位n-1、n以及n+1的目標(biāo)回波能量；當(dāng)波位n的目標(biāo)回波能量最大時(shí)，則判定追蹤目標(biāo)位于中心波位。當(dāng)波位n的目標(biāo)回波能量逐漸減小，波位n-1的目標(biāo)回波能量最大時(shí)，判定追蹤目標(biāo)位置移至波位n-1，環(huán)形共型相控陣將下一次跟蹤循環(huán)掃描的中心波位切換至波位n-1。當(dāng)波位n的目標(biāo)回波能量逐漸減小，波位n+1的目標(biāo)回波能量最大時(shí)，判定追蹤目標(biāo)位置移至波位n+1，環(huán)形共型相控陣將下一次跟蹤循環(huán)掃描的中心波位切換至波位n+1。上述環(huán)形共型相控陣的直徑小于200毫米，高度小于170毫米。本發(fā)明相控陣波束跟蹤方法和現(xiàn)有技術(shù)的相控陣波束跟蹤方法相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明可以在方位向上沒有和差通道的情況下，利用目標(biāo)回波能量的大小確定目標(biāo)的方位，從而實(shí)現(xiàn)相控陣在方位向上的波束跟蹤功能，能夠有效地降低了相控陣設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，節(jié)省設(shè)計(jì)空間，有利于相控陣的小型化設(shè)計(jì)；本發(fā)明不需要設(shè)計(jì)方位向上的和差網(wǎng)絡(luò)，在相控陣設(shè)計(jì)和制造成本的控制上具有一定優(yōu)勢；本發(fā)明同樣適用于相控陣俯仰向上的波束跟蹤，這對進(jìn)一步簡化相控陣設(shè)計(jì)，降低成本有較大幫助；本發(fā)明的波束跟蹤精度較高，能夠替代精度較低的捷聯(lián)去耦裝置，滿足相控陣平臺的去耦操作；綜上，本發(fā)明在簡化雷達(dá)控制平臺設(shè)計(jì)方面也具有一定的優(yōu)勢。附圖說明圖1為環(huán)形共型相控陣的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一維線陣的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明相控陣波束跟蹤方法的流程圖；圖4為本發(fā)明方位向波束指向示意圖；圖5為本發(fā)明方位向波束掃描示意圖；圖6a為追蹤目標(biāo)位于中心波位時(shí)的示意圖；圖6b為追蹤目標(biāo)左移時(shí)的示意圖；圖6c為將下一次跟蹤循環(huán)掃描的中心波位左移時(shí)的示意圖；圖6d為追蹤目標(biāo)右移時(shí)的示意圖；圖6e為將下一次跟蹤循環(huán)掃描的中心波位右移時(shí)的示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。本發(fā)明公開一種用于小型環(huán)形共型相控陣的相控陣波束跟蹤方法。本發(fā)明應(yīng)用和研究背景是一種小型的環(huán)形共型相控陣，該小型環(huán)形共型相控陣的直徑小于200毫米，高度小于170毫米。該環(huán)形共型相控陣由若干條一維線陣沿方位向共型拼接而成。由于體積較小，相控陣在方位向無法進(jìn)行和差網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。因此，無法通過常規(guī)的單脈沖測角的方式實(shí)現(xiàn)波束在方位向上的跟蹤。本發(fā)明利用波束方向圖與目標(biāo)回波能量的對應(yīng)關(guān)系，通過后期信號處理的方式，解決了在沒有和差網(wǎng)絡(luò)的情況下，小型環(huán)形共型相控陣的測角和波束跟蹤問題。如圖1和圖2所示，為一種本發(fā)明相控陣波束跟蹤方法所適用的小型環(huán)形共型相控陣的實(shí)施例。本實(shí)施例中，環(huán)形共型相控陣包含有48條一維線陣。一維線陣呈長方形結(jié)構(gòu)，其一長邊的端面上分布有8通道的收發(fā)組件（TR組件），環(huán)形共型相控陣通過控制一維線陣的8通道收發(fā)組件的相位，完成俯仰向上的波束掃描工作。48條一維線陣沿環(huán)形共型相控陣的方位向共型拼接，形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中所有一維線陣設(shè)有收發(fā)組件的一端朝向環(huán)形共型相控陣的外端設(shè)置。如圖3所示，本發(fā)明公開了一種基于能量取大方法的相控陣波束跟蹤方法，該方法具體包含以下步驟：步驟1、環(huán)形共型相控陣通過控制方位向波束遍歷其方位向上所有波位，確定跟蹤目標(biāo)所在方位向的波位。其中，方位向波束由環(huán)形共型相控陣通過若干相鄰的一維線陣同時(shí)工作即可形成。如圖4所示，為方位向波束指向示意圖，其中黑點(diǎn)表示工作中的一維線陣，白點(diǎn)表示未工作的一維線陣。如圖可見，本實(shí)施例中采用16個(gè)相鄰一維線陣同時(shí)工作，形成方位向波束。當(dāng)16個(gè)相鄰的一維線陣處于相同相位工作，方位向波束的波位指向?yàn)榉ň€方向，可以稱該方位向波束為法向波束。當(dāng)16個(gè)相鄰的一維線陣同時(shí)工作時(shí)，通過改變各一維線陣之間的相位差，可以得到相對于法線方向+3.75°或-3.75°的兩種指向的方位向波束。由此可知，每16個(gè)相鄰線陣可產(chǎn)生三個(gè)波位。如圖5所示，為方位向波束掃描示意圖，其中黑點(diǎn)表示工作中的一維線陣，白點(diǎn)表示未工作的一維線陣。環(huán)形共型相控陣通過按順序更改同時(shí)工作的一維線陣的組合，即可控制方位向波束遍歷掃描環(huán)形共型相控陣方位向上所有波位。，已知二維環(huán)形相控陣由48條一維線陣組成，16個(gè)相鄰線陣為一個(gè)組合。通過排列組合可知，48條線陣環(huán)形排列，取其中16條相鄰線陣的取法有33種，因此有33種組合。已知每個(gè)組合，即16個(gè)相鄰線陣組合，同時(shí)工作可以得到相對于法線方向+3.75°、0°或-3.75°的三種指向的方位向波束，因此環(huán)形共型相控陣在方位向上共有3×33=99個(gè)波位。通過上述計(jì)算可知，線陣共有33種組合，每個(gè)組合有3個(gè)波位，因此，環(huán)形共型相控陣在方位向上共有99個(gè)波位。步驟2、環(huán)形共型相控陣控制方位向波束指向跟蹤目標(biāo)所在波位，并以此波位作為跟蹤循環(huán)掃描的中心波位。步驟3、環(huán)形共型相控陣以中心波位為中心，對跟蹤目標(biāo)相鄰空域內(nèi)的三個(gè)波位進(jìn)行跟蹤循環(huán)掃描，分別檢測并記錄三個(gè)波位中的目標(biāo)回波能量。步驟4、環(huán)形共型相控陣比較跟蹤目標(biāo)相鄰空域內(nèi)三個(gè)波位的目標(biāo)回波能量的大小。步驟5、判斷是否跟蹤結(jié)束，若是，則環(huán)形共型相控陣結(jié)束跟蹤。若否，則跳轉(zhuǎn)到步驟6、步驟6、判斷目標(biāo)回波能量的最大值是否改變，若是，將其中目標(biāo)回波能量最大的波位確定為下一次跟蹤循環(huán)掃描的中心波位，并跳轉(zhuǎn)到步驟3。若否，則跳轉(zhuǎn)到步驟3，繼續(xù)跟蹤循環(huán)掃描。重復(fù)上述步驟3至6，即實(shí)現(xiàn)環(huán)形共型相控陣在方位向上進(jìn)行持續(xù)波束跟蹤。以下以相鄰的3個(gè)波位為例，具體說明基于能量取大算法的波束跟蹤過程。如圖6a所示，假設(shè)此時(shí)的中心波位為波位號為n，則掃描的波位號包括：n-1、n以及n+1。環(huán)形共型相控陣比較波位n-1、n以及n+1的目標(biāo)回波能量。當(dāng)追蹤目標(biāo)位于中心波位中時(shí)，波位n的目標(biāo)回波能量最大。如圖6b所示，當(dāng)波位n的目標(biāo)回波能量逐漸減小，波位n-1的目標(biāo)回波能量最大時(shí)，則可判定追蹤目標(biāo)位置移至波位n-1（圖中左移）。如圖6c所示，在判定追蹤目標(biāo)位置移至波位n-1后，環(huán)形共型相控陣將下一次跟蹤循環(huán)掃描的中心波位切換至波位n-1。如圖6d所示，當(dāng)波位n的目標(biāo)回波能量逐漸減小，波位n+1的目標(biāo)回波能量最大時(shí)，則可判定追蹤目標(biāo)位置移至波位n+1（圖中右移）。如圖6e所示，在判定追蹤目標(biāo)位置移至波位n+1后，環(huán)形共型相控陣將下一次跟蹤循環(huán)掃描的中心波位切換至波位n+1。如此，相控陣在方位向跟蹤時(shí)，中心波位能夠隨著目標(biāo)的移動而切換，保證追蹤目標(biāo)始終處于小范圍掃描的中心波位上，實(shí)現(xiàn)了方位向上波束跟蹤。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。