本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，主要是一種基于相控陣天線的彈載雷達(dá)測(cè)角方法。

背景技術(shù)：
現(xiàn)在戰(zhàn)爭(zhēng)中非常具有代表性的現(xiàn)代武器是精確制導(dǎo)武器。精確制導(dǎo)武器在末制導(dǎo)階段完成對(duì)目標(biāo)的跟蹤，對(duì)目標(biāo)的跟蹤是建立在實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)角度測(cè)量的基礎(chǔ)之上的。無(wú)線電角度測(cè)量的方法有很多，分為傳統(tǒng)測(cè)角方法和現(xiàn)代測(cè)角方法。傳統(tǒng)測(cè)角方法有振幅式測(cè)角、相位式測(cè)角、單波束掃描測(cè)角以及雙波束測(cè)角，而現(xiàn)代測(cè)角方法是基于陣列天線的角度估計(jì)方法。彈載雷達(dá)角度測(cè)量應(yīng)用通常使用傳統(tǒng)測(cè)角方法，包括單波束往返掃描測(cè)角、單波束圓錐掃描測(cè)角與比幅/比相和差雙波束測(cè)角等?，F(xiàn)有技術(shù)的缺陷為：1)機(jī)械掃描圓錐掃描測(cè)角有著速度慢、慣性大的缺點(diǎn)；2)電掃描圓錐掃描測(cè)角對(duì)相控陣天線的相移間隔要求很高，而現(xiàn)階段毫米波段的移相器更加難以達(dá)到要求；3)比幅/比相和差雙波束測(cè)角方法接收機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是在雙平面和差雙波束測(cè)角時(shí)要進(jìn)行信號(hào)處理的支路數(shù)過多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于相控陣天線的彈載雷達(dá)測(cè)角方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于相控陣天線的彈載雷達(dá)測(cè)角方法，步驟如下：步驟1、炮彈發(fā)射后進(jìn)入末制導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)彈體當(dāng)前姿態(tài)確定與彈體中心線垂直的目標(biāo)平面，將彈體自身的方位軸與俯仰軸投影到目標(biāo)平面建立二維坐標(biāo)系，方位軸與俯仰軸的投影即為X軸與Y軸，彈體中心線與目標(biāo)平面的交點(diǎn)即為坐標(biāo)系原點(diǎn)，控制相控陣天線波束方向以偏離彈體中心線角度δ指向目標(biāo)平面二維坐標(biāo)系的第二象限，并設(shè)定該波束方向?yàn)椴ㄊ较駻，利用接收機(jī)將回波信號(hào)下變頻得到中頻信號(hào)，之后利用信號(hào)處理機(jī)確定中頻信號(hào)的回波信號(hào)A的振幅UA；步驟2、利用步驟1的方法，控制相控陣天線波束方向分別指向目標(biāo)平面第四、第三和第一象限，并設(shè)定上述波束方向分別為波束方向B、波束方向C和波束方向D，任意相鄰兩個(gè)波束方向均關(guān)于二者之間的坐標(biāo)軸對(duì)稱，之后確定對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)B的振幅UB、回波信號(hào)C的振幅UC和回波信號(hào)D的振幅UD；步驟3、確定和信號(hào)振幅與X軸、Y軸方向差信號(hào)振幅；步驟4、根據(jù)步驟3的出的和信號(hào)振幅與X軸、Y軸方向差信號(hào)振幅確定X軸、Y軸方向的偏角值εx和εy。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：1)本發(fā)明采用相控陣天線進(jìn)行波束掃描速度快、精度高；2)本發(fā)明所采用的波束掃描方法只需四個(gè)固定的相移值，減小了相控陣天線中移相陣列的實(shí)現(xiàn)難度，國(guó)內(nèi)毫米波器件在工藝方面也能實(shí)現(xiàn)；3)本發(fā)明所使用的接收機(jī)只需要對(duì)單路信號(hào)進(jìn)行處理，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。這是一種利用相控陣天線控制天線波束方向來模擬比幅法和差雙波束測(cè)角的方法。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。附圖說明圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的天線波束方向示意圖，其中圖2(a)為波束方向A和波束方向B示意圖，圖2(b)為波束方向C和波束方向D示意圖。圖3本發(fā)明的目標(biāo)平面示意圖。圖4本發(fā)明的半仿真X軸方向偏角值與實(shí)際偏角值的對(duì)應(yīng)曲線圖。具體實(shí)施方式結(jié)合附圖，本發(fā)明的一種基于相控陣天線的彈載雷達(dá)測(cè)角方法，步驟如下：步驟1、炮彈發(fā)射后進(jìn)入末制導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)彈體當(dāng)前姿態(tài)確定與彈體中心線垂直的目標(biāo)平面，將彈體自身的方位軸與俯仰軸投影到目標(biāo)平面建立二維坐標(biāo)系，方位軸與俯仰軸的投影即為X軸與Y軸，彈體中心線與目標(biāo)平面的交點(diǎn)即為坐標(biāo)系原點(diǎn)，控制相控陣天線波束方向以偏離彈體中心線角度δ指向目標(biāo)平面二維坐標(biāo)系的第二象限，并設(shè)定該波束方向?yàn)椴ㄊ较駻，利用接收機(jī)將回波信號(hào)下變頻得到中頻信號(hào)，之后利用信號(hào)處理機(jī)確定中頻信號(hào)的回波信號(hào)A的振幅UA；相控陣天線波束方向與彈體中心線夾角δ的范圍為5°～10°。步驟2、利用步驟1的方法，控制相控陣天線波束方向分別指向目標(biāo)平面第四、第三和第一象限，并設(shè)定上述波束方向分別為波束方向B、波束方向C和波束方向D，任意相鄰兩個(gè)波束方向均關(guān)于二者之間的坐標(biāo)軸對(duì)稱，之后確定對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)B的振幅UB、回波信號(hào)C的振幅UC和回波信號(hào)D的振幅UD；指向目標(biāo)平面第四、第三和第一象限的相控陣天線波束方向與彈體中心線夾角均相同，該夾角與步驟1中的夾角δ相同。步驟3、確定和信號(hào)振幅與X軸、Y軸方向差信號(hào)振幅；確定和信號(hào)與X軸、Y軸方向差信號(hào)振幅所用公式為：式中，EΣ為和信號(hào)振幅，EΔx為X軸方向差信號(hào)振幅，EΔy為Y軸方向差信號(hào)振幅。步驟4、根據(jù)步驟3的出的和信號(hào)振幅與X軸、Y軸方向差信號(hào)振幅確定X軸、Y軸方向的偏角值εx和εy。確定X軸、Y軸方向的偏角值εx和εy所用公式為：式中，m＝-2F'(δ)/F(δ)，其中F(δ)為天線方向函數(shù)，F(xiàn)'(δ)為天線方向函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，δ為相控陣天線波束方向與彈體中心線的夾角值，ηA為目標(biāo)平面坐標(biāo)系X軸正方向與連線OA的夾角，所述連線OA為天線波束方向A和目標(biāo)平面的交點(diǎn)與目標(biāo)平面坐標(biāo)系原點(diǎn)O的連線，所求得的εx的大小表示X軸方向偏角的大小，εy的大小表示Y軸方向偏角的大小，符號(hào)表示偏角的方向。下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述：結(jié)合圖1，一種基于相控陣天線的彈載雷達(dá)測(cè)角方法的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖，包括相控陣天線及其波束方向控制部分、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)以及信號(hào)處理機(jī)。相控陣天線在波束方向控制下，按照波束A→B→C→D方式掃描，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)完成回波信號(hào)混頻之后的中頻信號(hào)，信號(hào)處理機(jī)采用傅里葉變換法將時(shí)域信號(hào)變換為頻域進(jìn)行頻譜分析獲得不同波束方向下的回波振幅UA、UB、UC和UD,并且通過這些振幅值完成角度計(jì)算。結(jié)合圖2與圖3，本發(fā)明的相控陣天線波束方向掃描示意圖與目標(biāo)平面示意圖，當(dāng)波束方向?yàn)锳時(shí),回波振幅為：UA＝kF2(θ)＝kF2[δ-εcos(φ-ηA)]其中，F(xiàn)(θ)為天線方向性函數(shù)，θ為目標(biāo)與天線中心軸的夾角，δ為天線中心軸與中心線之間的夾角，ε目標(biāo)與中心線之間的誤差角，k為一個(gè)比例系數(shù)，φ為目標(biāo)平面坐標(biāo)系X軸正方向與目標(biāo)位置T和坐標(biāo)系原點(diǎn)連線之間的夾角。由于在彈體角跟蹤過程中在δ處將上式泰勒展開并忽略高次項(xiàng)，得到：令U0＝F2(δ)，m＝-2F'(δ)/F(δ)，得到：UA＝kU0[1+mεcos(φ-ηA)]同理，可以推導(dǎo)出波束方向在B、C和D時(shí)，回波振幅為由于波束A、B、C和D存在對(duì)稱關(guān)系，所以有所以得到各振幅的表達(dá)式將代入上式可得考慮到由距離變化引起的誤差，各振幅表達(dá)式會(huì)有所不同，在假設(shè)彈體與目標(biāo)勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，為了消除由相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的誤差，將和信號(hào)與差信號(hào)表達(dá)式變?yōu)楦鶕?jù)計(jì)算出的和信號(hào)與X軸、Y軸方向差信號(hào)計(jì)算出X軸、Y軸方向的偏角值εx和εy：下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述：仿真條件：目標(biāo)εy＝0，εx為-5°～+5°，間隔1°；天線波束中心與彈體中心線夾角δ為5°。仿真步驟如下：步驟1、將目標(biāo)置于εx＝-5°，εy＝0的位置，控制天線波束方向按照掃描方式A→B→C→D掃描，并獲得對(duì)應(yīng)振幅值UA、UB、UC和UD。步驟2、確定該目標(biāo)位置下和信號(hào)振幅與X軸、Y軸方向差信號(hào)振幅。步驟3、確定該目標(biāo)位置下X軸、Y軸方向的偏角值εx和εy。由于mcosηA與msinηA為固定值，所以可以用EΔx/EΣ和EΔy/EΣ來表征X軸、Y軸方向的偏角值εx和εy。步驟4、將目標(biāo)置于其它10個(gè)位置，重復(fù)步驟1～步驟3，得到11組對(duì)應(yīng)的EΔx/EΣ和EΔy/EΣ與實(shí)際偏角值，其中EΔy/EΣ近似為0。為了得到平滑準(zhǔn)確的EΔx/EΣ與實(shí)際X軸方向偏角值εx的關(guān)系曲線，利用MATLAB工具對(duì)數(shù)據(jù)差值處理，繪制出如圖4所示曲線。從圖4所示曲線可以直觀地看出本發(fā)明所述測(cè)角方法得到的偏角值與實(shí)際偏角值近似線性關(guān)系，為了得到更加精確的偏角值，可以通過類似圖4關(guān)系曲線進(jìn)行結(jié)果修正。