高精度单脉冲角度跟踪新方法
电子技术应用
张凤珊1，陈拓1，陈晓燕1，蒋阳2，曾浩2
1.北京卫星信息工程研究所，北京 100086；2.重庆大学 微电子与通信工程学院，重庆 400044
摘要： 在雷达、通信、测控等领域的角度跟踪中，基于相控阵天线的幅度和差单脉冲测角技术是主要方法，但存在以下测角误差来源：一是低SNR导致的信号幅度估计误差，二是改变波束指向导致的方向图畸变误差。针对上述误差来源，采用信号循环位移自相关，用于估计信号幅度，减小带内噪声对信号的影响；进一步利用同心圆环阵在结构上的对称性，减小改变波束指向导致的方向图变形。介绍了新算法的实施步骤，分析了运算复杂度。仿真结果表明，本文方法能够有效地提高测角精度。
关键词：角度跟踪；循环位移自相关；同心圆环阵；幅度估计
中图分类号：TN953+.5 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233876
中文引用格式： 张凤珊，陈拓，陈晓燕，等. 高精度单脉冲角度跟踪新方法[J]. 电子技术应用，2023，49(12)：137-143.
英文引用格式： Zhang Fengshan，Chen Tuo，Chen Xiaoyan，et al. New angle tracking methodology with high precision[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(12)：137-143.
中文引用格式： 张凤珊，陈拓，陈晓燕，等. 高精度单脉冲角度跟踪新方法[J]. 电子技术应用，2023，49(12)：137-143.
英文引用格式： Zhang Fengshan，Chen Tuo，Chen Xiaoyan，et al. New angle tracking methodology with high precision[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(12)：137-143.
New angle tracking methodology with high precision
Zhang Fengshan1，Chen Tuo1，Chen Xiaoyan1，Jiang Yang2，Zeng Hao2
1.Beijing Institute of Satellite Information Engineering， Beijing 100086， China； 2.School of Microelectronics and Communication Engineering， Chongqing University， Chongqing 400044， China
Abstract： In the angle tracking of radar, communication, TT&C and other fields, sum-difference amplitude-comparison monopulse angle measurement technology that based on phased array antenna is the main methodology. However, the following angle measurement errors exist. One is the estimation error of signal amplitude caused by low SNR. The other is the pattern distortion error caused by changing the beam pointing. In order to reduce these errors, the cyclic-shifted autocorrelation is proposed to estimate the signal amplitude, so that the in-band noise could be mitigated. In addition, the concentric ring arrays with structural symmetry is utilized to reduce the distortion of the pattern furtherly. The implementation steps and computational complexity analysis of the new algorithm is present. Simulation illustrates that new methodology can effectively improve the precision of angle estimation.
Key words : angle tracking；cyclic-shifted autocorrelation；concentric ring arrays；amplitude estimation
0 引言
在雷达、通信、测控等领域中，采用基于相控阵天线的幅度和差单脉冲测角技术被广泛用于目标角度跟踪，具体又分为查表法和公式法[1]。查表法需要建立每一个跟踪轴角度下的差和比曲线，天线测量过程复杂，存储资源消耗大，访问速度慢。而公式法只需要根据子波束接收信号幅度计算目标角度，克服了查表法的不足，所以本文讨论公式法。根据文献[1]，公式法误差来源主要有两个，一是子波束接收信号的幅度估计误差，二是改变波束指向导致的方向图畸变误差。
来波信号的幅度估计是公式法的重要步骤，幅度估计精度将直接影响到目标测角精度，估计方法主要有最大似然估计[2-3]、能量公式估计[4]等方法。利用最大似然法检测强背景噪声中的信号已经成为比较成熟的方法，并得到广泛应用，但该方法要求有用信号已知，并非真正意义上的盲估计算法[5]。利用能量公式法估计信号幅度的复杂度低，且在高信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）下幅度估计精度高，但在低SNR下，易受到噪声的影响。如果可以降低接收信号中的噪声，提高信噪比，那么能量公式法将是一种复杂度低、但估计精度高的幅度估计方法。
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作者信息：
张凤珊1，陈拓1，陈晓燕1，蒋阳2，曾浩2
（1.北京卫星信息工程研究所，北京 100086；2.重庆大学 微电子与通信工程学院，重庆 400044）
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