CN112697129B - 一种利用一维测角确定天线线阵二维姿态的快速方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种利用一维测角确定天线线阵二维姿态的快速方法。本发明的方法利用位置已知的参考站辐射的电磁波信号，通过天线线阵测量来波方向与天线线阵的一维夹角、仰角一维搜索和方位角闭式计算，即可实现快速测定天线线阵的二维姿态，在降低计算量的同时，还能提高天线线阵的二维姿态的测定精度。

Description

一种利用一维测角确定天线线阵二维姿态的快速方法

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种利用一维测角确定天线线阵二维姿态的快速方法。

背景技术

通过测量无线电信号到达天线阵列的电磁波传播方向对无线电信号辐射源进行定位是一种常用的被动定位方法，在车载、船载、机载、星载等无线电频谱监测平台上得到了大量应用。由于测向设备确定的无线电信号来波方向是相对于无线电频谱监测平台上天线阵列的角度，并且测向定位的误差随着无线电信号辐射源的距离的增加而增加，因此，对远距离的无线电信号辐射源进行高精度定位时，不仅需要高精度的无线电信号来波方向测量，还需要高精度的天线阵列姿态测量。除了无线电频谱监测平台自主的姿态测量设备外，为了获得更高的姿态测量精度，还需要利用外部的参考站协同测定天线阵列姿态。

在利用外部的参考站协同测定天线线阵姿态的问题中，天线线阵的中心位置已知，但是天线线阵的二维姿态即天线线阵的方位角和仰角未知或有较大的误差，需要利用位置已知的参考站辐射电磁波信号，天线线阵接收到无线电信号，可测量来波方向与线阵的一维夹角，由此测定天线线阵的二维姿态。但是，由于天线线阵的二维姿态的方位角和仰角与参考站无线电信号的来波方向之间是非线性关系，高精度的二维搜索网格间隔小，且二维搜索的计算量大，难以满足有实时性要求的应用场合。

发明内容

本发明所要解决的问题就是如何利用位置已知的参考站辐射的电磁波信号，通过天线线阵测量来波方向与天线线阵的一维夹角，实现快速测定天线线阵的二维姿态的目的。

本发明的技术方案为：

一种利用一维测角确定天线线阵二维姿态的快速方法，定义天线线阵的位置坐标为(x₀,y₀,z₀)、参考站的个数为L、位置坐标为(x_k,y_k,z_k)，k＝1,2,...,L，天线线阵二维姿态的仰角搜索个数为M、天线线阵二维姿态的仰角搜索序列中的每一个仰角为φ_m，m＝1,2,...,M，包括以下步骤：

S1、由天线线阵的位置坐标(x₀,y₀,z₀)和L个参考站的位置坐标(x_k,y_k,z_k)，k＝1,2,...,L，确定L个参考站的仰角向量：

其中，

和方位角向量：

S2、天线线阵对接收到的参考站辐射信号进行测向处理，得到一维测角的余弦向量：

S3、由天线线阵二维姿态的仰角搜索序列中的每一个仰角φ_m，m＝1,2,...,M，确定对应的方位角

为：

S4、由天线线阵二维姿态的仰角搜索序列中的每一个仰角φ_m，m＝1,2,...,M，确定对应的误差向量η_m为：

S5、根据误差向量η_m，确定对应的仰角谱g(φ_m)为：

其中，

为向量η_m的转置；

S6、获取{g(φ₁),g(φ₂),...,g(φ_M)}中的最大值为

对应的

和

即为测定的天线线阵二维姿态的仰角和方位角。

本发明的有益效果是：使用本发明提出的方法，利用位置已知的参考站辐射的电磁波信号，通过天线线阵测量来波方向与天线线阵的一维夹角、仰角一维搜索和方位角闭式计算，即可实现快速测定天线线阵的二维姿态，在降低计算量的同时，还能提高天线线阵的二维姿态的测定精度。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实用性进行分析。

实施例

在本例中，天线线阵的位置坐标为(0,0,20000)、参考站的个数为2、位置坐标为(10000,30000,0)和(-10000,20000,0)，单位都为：米，天线线阵二维姿态的仰角搜索个数为8001、仰角搜索序列中的每一个仰角为φ_m＝-5+0.0025(m-1)，m＝1,2,...,M。

当天线线阵二维姿态的仰角在-3度到3度之间均匀分布、方位角在-3度到3度之间均匀分布时，进行500次独立实验。统计结果表明，在不校正天线线阵二维姿态的情况下，天线线阵的测向误差达到1.65度；利用本发明方法，测定天线线阵二维姿态的仰角的标准差为0.0069度，测定天线线阵二维姿态的方位角的标准差为0.0056度，所需时间平均为0.1211秒。

可见，本发明提供了一种利用一维测角确定天线线阵二维姿态的快速方法，在天线线阵的二维姿态的方位角和仰角未知的情况下，实现了天线线阵二维姿态的测定，仰角和方位角的标准差小于0.0070度。

Claims (1)

1.一种利用一维测角确定天线线阵二维姿态的快速方法，定义天线线阵的位置坐标为(x₀,y₀,z₀)、参考站的个数为L、位置坐标为(x_k,y_k,z_k)，k＝1,2,...,L，天线线阵二维姿态的仰角搜索个数为M、天线线阵二维姿态的仰角搜索序列中的每一个仰角为φ_m，m＝1,2,...,M，其特征在于，包括以下步骤：

S1、由天线线阵的位置坐标(x₀,y₀,z₀)和L个参考站的位置坐标(x_k,y_k,z_k)，确定L个参考站的仰角向量：

其中，

方位角向量：

S2、天线线阵对接收到的参考站辐射信号进行测向处理，得到一维测角的余弦向量：

S3、由天线线阵二维姿态的仰角搜索序列中的每一个仰角φ_m，确定对应的方位角

为：

S4、由天线线阵二维姿态的仰角搜索序列中的每一个仰角φ_m，确定对应的误差向量η_m为：

S5、根据误差向量η_m，确定对应的仰角谱g(φ_m)为：

其中，

为向量η_m的转置；

S6、获取{g(φ₁),g(φ₂),...,g(φ_M)}中的最大值为

对应的

和

即为测定的天线线阵二维姿态的仰角和方位角。