一種基于雙線性擬合的相控陣天線波束指向誤差補償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及相控陣天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙線性擬合的相控陣天線波 束指向誤差補償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相控陣雷達導(dǎo)引頭采用了相控陣天線系統(tǒng)，借助數(shù)字移相器，可以在微秒級時間 內(nèi)將波束從一個方向轉(zhuǎn)移至另一個方向，從而實現(xiàn)對空域的快速掃描和目標的有效跟蹤， 引導(dǎo)導(dǎo)彈飛向目標。由于數(shù)字移相器不能連續(xù)調(diào)整相位，且由于設(shè)計工藝等會引入誤差，致 使天線波束不能精準指向期望方向，造成指向偏差。相控陣天線的指向誤差大小對相控陣 雷達導(dǎo)引頭系統(tǒng)有非常重要的影響，直接制約相控陣雷達導(dǎo)引頭的精準打擊能力。
[0003] 相控陣天線存在波束指向誤差的固有特性，且在不同的指向角度，波束指向誤差 不相同，進而嚴重影響到后續(xù)制導(dǎo)控制指令的精度。由于影響相控陣天線的因素很多，包括 系統(tǒng)誤差和隨機誤差，使得波束指向精度提高是相控陣天線的一個難點，為提高相控陣天 線波束指向精度，提升相控陣雷達導(dǎo)引頭系統(tǒng)的技戰(zhàn)性能，需要對相控陣天線指向誤差進 行有效補償。
[0004] 提高相控陣天線波束指向精度的研究得到了相控陣技術(shù)領(lǐng)域研究者的關(guān)注，國內(nèi) 外該技術(shù)領(lǐng)域的研究工作者提出了多種提高波束指向精度的方法，表1為相關(guān)的國內(nèi)外專 利和論文。
[0005] 表1相控陣天線波束指向精度相關(guān)專利和論文情況表

[0008] FRAZITA RICHARD F等人提出了利用耦合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方法減少由移相器相位量化 帶來的天線波束指向誤差，這種方法要求天線陣列結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，要求陣列結(jié)構(gòu)的 移相滿足處于陣列中心兩邊的天線單元的移相器最小相位步進的一半的奇數(shù)整數(shù)倍，并以 此申請了專利，專利號為US4188633 (A)。該方法對天線陣列結(jié)構(gòu)要求苛刻，不適用普通的相 控陣天線。CHANG KAICHIANG等人給出了一種對相控陣雷達天線節(jié)相關(guān)相位量化誤差的方 法，通過對每個貞元進行數(shù)字隨機化賦值來降低波束指向誤差，同時還可以降低波束副瓣 峰值，該方法要求采用分布式波束控制器，并在每個波束控制器中設(shè)計隨機相位調(diào)整算法， 并以此申請了專利，專利號為US5103232 (A)。國內(nèi)也在相控陣天線波束指向精度方面開展 了研究，沈文輝等人提出了零相位誤差法用于改進波束指向精度的問題，令數(shù)字移相器中 不能準確移相的相位誤差的均值等于零，從而得到一組隨機饋相的進位概率和舍去概率。 利用這組概率進行相控陣天線的隨機饋相。邢瑾琪等人利用統(tǒng)計的方法開展了相控陣天線 指向精度試驗研究。劉軒等人利用循環(huán)外推陣元饋相的方法，根據(jù)理想饋相值與量化臺階 值之間的差值確定中心陣元位置，并對絕對值較小的移相器饋相量化臺階值，依次外推，在 確保所有陣元累積相位誤差值最小的條件下完成所有陣元饋相。
[0009] 上述方法要么對天線陣列結(jié)構(gòu)提出要求，要么使用概率的方法進行隨機饋相，這 些方法具有一定的概率性，且要求對每個天線單元進行隨機饋相計算，有時會出現(xiàn)算法發(fā) 散，波束指向誤差加大，且計算量大，難以實際工程應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供一種基于雙線性擬合的相控陣天線波束指向誤差補償方法，可根據(jù)相 控陣天線有限個波位的波束指向誤差計算出全部波位的指向誤差值，并以此進行相控陣天 線指向誤差補償，提高相控陣天線波束的指向精度。
[0011] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種基于雙線性擬合的相控陣天線波束指向誤差 補償方法，包含以下步驟：
[0012] 步驟S1、離散化可視角度區(qū)域；
[0013] 給定相控陣天線的掃描角度區(qū)域以方位角度間隔Δρ和俯仰角度間隔 A Θ構(gòu)成的離散角度將可視角度區(qū)域離散化，得到空間離散角度(^,,0 ), i = 1，2,…，I，k =1，2,…，K ;
[0014] 將離散角度作為理想波位點，任意4個相鄰波位點形成一個波位網(wǎng)格；
[0015] 步驟S2、獲得波位網(wǎng)格上波位點的理想波束指向角度；
[0016] 按理論計算獲取所有波位點的理想波束指向角度，任意選取4個相鄰的空間波位 點，波位點1的理想波束指向為，波位點2的理想波束指向為，波位點3的理 想波束指向為，波位點4的理想波束指向為(朽;
[0017] 步驟S3、獲得波位網(wǎng)絡(luò)上波位點的實際波束指向角度；
[0018] 結(jié)合實際測試系統(tǒng)，通過波控機進行天線波束掃描，獲得所有波位點的實際波束 指向角度，波位點1的實際波束指向為（a u β D，波位點2的實際波束指向為（α 2, β J，波 位點3的實際波束指向為（α β 2)，波位點的實際波束指向4為（α 2, β 2);
[0019] 步驟S4、計算波位網(wǎng)格上波位點的波束指向誤差；
[0020] 根據(jù)所有波位點的理想波束指向角度及其對應(yīng)的實際波束指向角度，計算所有波 位點的波束指向誤差，波束指向誤差包含方位向波束指向誤差和俯仰向波 束指向誤差S 01，δ 02，...，δ eK，將方位向波束指向誤差，…，和俯仰向波束指向 誤差S 01，δ 02, . . .，δ eK制成表格數(shù)據(jù)并存儲在波控機硬件系統(tǒng)中；
[0022] 其中，波位點1指向誤差為Ia1-奶-0)，波位點2指向誤差為(α2-9> 2,A-碭）， 波位點3指向誤差為科滿-爲），波位點4指向誤差為;
[0023] 步驟S5、劃分波位網(wǎng)絡(luò)上波位點的波束指向誤差平面；
[0024] 以波位網(wǎng)絡(luò)中的任意一個波位點作為基準點，將波位網(wǎng)絡(luò)中的4個波位點劃分為 第一波束指向誤差平面A和第二波束指向誤差平面B，將每個波束指向誤差平面的斜率分 解為方位方向波束指向誤差斜率和俯仰方向波束指向誤差斜率；
[0025] 步驟S6、根據(jù)波位網(wǎng)格上波位點的波束指向誤差計算波束指向誤差平面的方位方 向波束指向誤差斜率和俯仰方向波束指向誤差斜率，將方位方向波束指向誤差斜率和俯仰 方向波束指向誤差斜率制成表格數(shù)據(jù)并存儲在波控機硬件系統(tǒng)中；
[0026]
[0027] 其中，Δ妒為4個波位點理論上方位方向波位間隔即Af =朽-奶；Δ Θ為4個波 位點理論上俯仰方向波位間隔即Δ θ = θ2-θ1; /：Η, 為方位方向波束指向誤差 斜率，kei，ke2, . . .，keK為俯仰方向波束指向誤差斜率；
[0028] 步驟S7、根據(jù)待計算波位點與基準點之間的角度差值選擇相應(yīng)的波束指向誤差平 面來在線計算波束指向誤差，將可視角度區(qū)域內(nèi)的所有波位點的波束指向誤差生成相控陣 天線波束補償表存儲在波控機硬件系統(tǒng)中，實現(xiàn)相控陣天線波束指向誤差補償；
[0030] 其中，
'表示平面的選取，以波位點1作 為基準點為例，
表示選擇第二波束指向誤差平面B，
表示選擇第一波束指向誤差平面A ;
[0031] 公式（3)寫入波控機硬件系統(tǒng)，便于在線計算波束指向誤差值。
[0032] 所述的步驟S7包含以下步驟：
[0033] 步驟S701、計算待計算波位點與基準點之間的角度差值；
[0034] 以波位點1作為基準點為例，計算方位方向角度差(#_翁)和俯仰方向角度差 (θ - Θ i);
[0035] 步驟S702、根據(jù)方位方向角度差和俯仰方向角度差的大小，選擇相應(yīng)的波束指向 誤差平面來計算波束指向誤差；
[0036] 比較方位向角度差(爐-約）和方位向角度差的大小，當(dāng)
丨時，在第二波束指向誤差平面B內(nèi)根據(jù)
計算待計算波位點的波束指向誤差；當(dāng)
'時，在第一波束指向誤差平面A
內(nèi)根據(jù) 計算待計算波位點的波束指向誤差。
[0037] 對輸入波控機硬件系統(tǒng)的離散角度進行高位截取，舍棄低8位數(shù)據(jù)，根據(jù)截取的 高位獲得波束控制指令，i = 1，2,…，I、0k，k = 1，2, "·，Μ值，用于生成查找角度斜率 1_.，:^^2."...，..^>1、讓01，1^02，...，1<: 0|(和波束指向'^差值<5^1，^￡(2，...*1^1/.、5 01，802，...，801( 數(shù)據(jù)表格的地址，而舍棄的低8為數(shù)據(jù)表示方位向波束指向誤差值妒-衡，夢-豹，…於-釣 和俯仰向波束指向誤差Q-Q1, θ-θ2，... Θ-ΘΜ值，用于計算波束指向誤差。
[0038] 所述的方位角度間隔Δ妒和俯仰角度間隔Δ Θ都采用2.56°。
[0039] 本發(fā)明實現(xiàn)了利用雙線性擬合方法計算相控陣天線波束指向誤差補償值，為提高 相控陣天線波束指向精度提供技術(shù)支撐，根據(jù)相控陣雷達導(dǎo)引頭天線在有限波位的波束指 向誤差，利用雙線性擬合方法計算給定波位之間的波束指向誤差值，并將誤差補