雷达阵列天线主波束指向估计方法、介质、装置及程序产品与流程

本发明涉及雷达阵列天线，具体而言，涉及一种基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法、介质、装置及计算机程序产品。

背景技术：

1、雷达天线通常具有很强的方向性，以便集中辐射能量来获得更大的观测距离。这种辐射功率最大的方向被称为天线主瓣方向。但雷达在使用过程中会受极端天气、机械老化等因素影响，导致雷达天线主波束指向与设计时产生偏差。因此需要在雷达维护过程中对其主波束指向进行准确实时估计，支撑对其主波束指向的偏差检测与校准维护。

2、对采用固定周期进行机械圆周扫描的雷达，在得知扫描周期以后，从主波束照射观测点开始计时，即可估算出任意时刻主波束指向。但是随着阵列天线的应用与普及，阵列天线雷达可以在方位上采用电子扫描，其主波束指向非顺序改变，导致传统基于扫描周期的估计方法无法适应。

3、如果在雷达阵列天线周围360度圆周上密集布置信号观测点，可以获得很好的空间采样信息并精准估计雷达天线方向，这等同于在微波暗室对天线方向图进行准确测量。但在实际应用中，往往只能部署有限的观测点在局部扇形区域内，无法对雷达阵列天线进行全方位实时观测。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明提供一种基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法、介质、装置及计算机程序产品，通过有限数量且稀疏分布的观测点来实现噪声环境下准确的实时波束指向估计，支撑对雷达阵列天线主波束指向的偏差检测与校准维护。

2、本发明提供的一种基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法，包括如下步骤：

3、构建观测点接收信号模型；

4、基于观测点接收信号模型，通过匹配估计算法完成雷达阵列天线主波束指向估计。

5、进一步地，所述构建观测点接收信号模型包括：

6、设有m个观测点，所有观测点接收到的信号功率构成一个m×k阶的理论观测矩阵g；

7、多个观测点接收到的实际信号功率形成实际观测值向量r(t)。

8、进一步地，理论观测矩阵g表示为：

9、

10、其中，gij由式(2)计算得到：

11、

12、gj，j＝1,2…,k，表示k个雷达阵列天线主波束方向的理论观测值向量；

13、f(θ)为归一化天线方向图函数理论值，其中，θ∈(-π,π]；将雷达阵列天线所有可能的主波束方向离散为k个值，分别为φ1,φ2,...,φk；当雷达阵列天线主波束方向为φj时，对应的天线方向图函数为

14、每个观测点与雷达阵列天线的相对角度分别为各个观测点到雷达阵列天线的距离为xi，i＝1,2,…,m；雷达阵列天线到m个观测点的信道传输增益分别为c(x1),c(x2),…,c(xm)。

15、进一步地，设雷达阵列天线的主波束在时刻t指向一个未知方向φ(t)，实际观测值向量r(t)表示为：

16、

17、r(t)＝[r1(t),r2(t),...,rm(t)]t              (4)

18、ni为各观测点受到的噪声。

19、进一步地，所述匹配估计算法包括：

20、基于观测点实际观测值向量r(t)与理论观测值向量gj的距离来进行匹配。

21、进一步地，距离越大，实际观测值向量r(t)和理论观测值向量gj的匹配程度越低；距离越小，实际观测值向量r(t)与理论观测值向量gj的匹配程度越高。

22、进一步地，所述匹配估计算法包括：

23、设距离差异向量为dj，由式(5)计算得出：

24、dj＝[d1j(t),d2j(t),...,dmj(t)]t＝ r(t)-gj          (5)

25、距离差异向量用范数大小来表征，如式(6)所列：

26、

27、根据距离越小则匹配程度越高的原理，推导出基于最小距离匹配的雷达阵列天线主波束指向估计的目标函数如式(7)所列：

28、

29、利用目标函数能够计算得到雷达阵列天线主波束指向估计结果。

30、本发明还提供一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行点述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法。

31、本发明还提供一种计算装置，包括：

32、至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法。

33、本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法。

34、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

35、本发明通过在雷达阵列天线周围部署稀疏的观测点，基于数学建模与匹配算法，形成在有限观测点下对雷达阵列天线的实时估计能力，支撑对雷达阵列天线主波束指向的偏差检测与校准维护。

技术特征：

1.一种基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法，其特征在于，所述构建观测点接收信号模型包括：

3.根据权利要求2所述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法，其特征在于，理论观测矩阵g表示为：

4.根据权利要求3所述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法，其特征在于，设雷达阵列天线的主波束在时刻t指向一个未知方向φ(t)，实际观测值向量r(t)表示为：

5.根据权利要求4所述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法，其特征在于，所述匹配估计算法包括：

6.根据权利要求5所述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法，其特征在于，距离越大，实际观测值向量r(t)和理论观测值向量gj的匹配程度越低；距离越小，实际观测值向量r(t)与理论观测值向量gj的匹配程度越高。

7.根据权利要求6所述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法，其特征在于，所述匹配估计算法包括：

8.一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，其特征在于，所述计算机终端可执行指令用于执行如权利要求1-7任一项所述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法。

9.一种计算装置，其特征在于，包括：

10.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法。

技术总结本发明提供一种基于稀疏分布观测点的雷达阵列天线主波束指向估计方法、介质、装置及计算机程序产品，包括如下步骤：构建观测点接收信号模型；基于观测点接收信号模型，通过匹配估计算法完成雷达阵列天线主波束指向估计。本发明通过在雷达阵列天线周围部署稀疏的观测点，基于数学建模与匹配算法，形成在有限观测点下对雷达阵列天线的实时估计能力。技术研发人员：牟皓,赵耀东,顾杰,尹鑫受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/29