本發(fā)明涉及陣列天線測向技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種構(gòu)建四陣元立體陣列的方法和裝置。

背景技術(shù)：

陣列天線測向系統(tǒng)是一種重要的被動式測向裝備，相對于主動工作的雷達系統(tǒng)，除了具有抗截獲、抗干擾等優(yōu)點外，還具有測向精度高、體積重量小、成本低等優(yōu)點，近年來受到重視，并已多次應用于星載裝備。當前常用的測向陣列天線多為平面陣，即多個陣元處于同一平面。在應用過程中，此類平面陣在陣面法向區(qū)域(通常為衛(wèi)星星下點位置)往往可以得到比較理想的測向精度，但在偏離陣面法向方位較遠的區(qū)域(通常為較小俯仰角區(qū)域)測向精度顯著下降。然而，在一些特定場景中，除希望陣面法向位置具有較高測向精度外，在偏離法向方位較遠的區(qū)域仍希望具有較高的測向精度以滿足應用需求。

在輻射源波達方向不確定的情況下，為了滿足在較小俯仰角區(qū)域測向精度的需求，通常的做法有陣面偏置、加大陣元尺寸、加大基線長度等。其中，陣面偏置就是通過將陣面的安裝平面旋轉(zhuǎn)一定角度以滿足應用需求，但這種做法是以犧牲原陣面法向區(qū)域測向精度為代價的。加大陣元的本質(zhì)是通過提升接收信號的信噪比，改善相位差測向精度以提升各區(qū)域的測向精度，但對于一些低頻段的測向陣存在陣元尺寸原本就較大的問題，進一步加大陣元尺寸將會給陣元的安裝、布局帶來更大的壓力。加大基線長度也將有助于各區(qū)域測向精度的提升，但無疑會帶來測向模糊的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種構(gòu)建四陣元立體陣列的方法和裝置，以解決在輻射源波達方向不確定的情況下，現(xiàn)有平面陣在較小俯仰角區(qū)域的測向精度低問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種構(gòu)建四陣元立體陣列的方法，所述方法包括：

將傳統(tǒng)三陣元平面陣所在的三維直角坐標系任意旋轉(zhuǎn)一初始角度，添加一個非共面的第四陣元，初步構(gòu)建四陣元立體陣列，并基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取測向模型和測向誤差；

根據(jù)第四陣元的初始旋轉(zhuǎn)角度和所述測向模型，獲取輻射源波達方向的第一估計值；

根據(jù)所述輻射源波達方向的第一估計值和所述測向誤差，獲取測向誤差最小值時對應的第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度；

再根據(jù)第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度、所述測向模型和所述測向誤差迭代獲取第四陣元的第n旋轉(zhuǎn)角度值，所述n≥2；

判斷第n旋轉(zhuǎn)角度值與第n-1旋轉(zhuǎn)角度的差值是否小于角度差值預設(shè)值和/或迭代次數(shù)n是否大于迭代次數(shù)預設(shè)值；若是，則停止迭代，根據(jù)所述第n旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)建最終的四陣元立體陣列；若否，則繼續(xù)迭代獲取第n+1旋轉(zhuǎn)角度。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種構(gòu)建四陣元立體陣列的裝置，所述裝置包括存儲器和處理器，所述存儲器和所述處理器之間通過內(nèi)部總線通訊連接，所述存儲器存儲有能夠被所述處理器執(zhí)行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時能夠?qū)崿F(xiàn)如下步驟：

將傳統(tǒng)三陣元平面陣所在的三維直角坐標系任意旋轉(zhuǎn)一初始角度，添加一個非共面的第四陣元，初步構(gòu)建四陣元立體陣列，并基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取測向模型和測向誤差；

根據(jù)第四陣元的初始旋轉(zhuǎn)角度和所述測向模型，獲取輻射源波達方向的第一估計值；

根據(jù)所述輻射源波達方向的第一估計值和所述測向誤差，獲取測向誤差最小值時對應的第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度；

再根據(jù)第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度、所述測向模型和所述測向誤差迭代獲取第四陣元的第n旋轉(zhuǎn)角度值，所述n≥2；

判斷第n旋轉(zhuǎn)角度值與第n-1旋轉(zhuǎn)角度的差值是否小于角度差值預設(shè)值和/或迭代次數(shù)n是否大于迭代次數(shù)預設(shè)值；若是，則停止迭代，根據(jù)所述第n旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)建最終的四陣元立體陣列；若否，則繼續(xù)迭代獲取第n+1旋轉(zhuǎn)角度。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的技術(shù)方案，通過將傳統(tǒng)三陣元平面陣所在的三維直角坐標系任意旋轉(zhuǎn)一初始角度，添加一個非共面的第四陣元，初步構(gòu)建四陣元立體陣列，并基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取測向模型和測向誤差；根據(jù)第四陣元的初始旋轉(zhuǎn)角度和所述測向模型，獲取輻射源波達方向的第一估計值；根據(jù)所述輻射源波達方向的第一估計值和所述測向誤差，獲取測向誤差最小值時對應的第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度；再根據(jù)第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度、所述測向模型和所述測向誤差迭代獲取第四陣元的第n旋轉(zhuǎn)角度值，n≥2；判斷第n旋轉(zhuǎn)角度值與第n-1旋轉(zhuǎn)角度的差值是否小于角度差值預設(shè)值和/或迭代次數(shù)n是否大于迭代次數(shù)預設(shè)值；若是，則停止迭代，根據(jù)所述第n旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)建最終的四陣元立體陣列；若否，則繼續(xù)迭代獲取第n+1旋轉(zhuǎn)角度。使用本發(fā)明最終構(gòu)建的四陣元立體陣列，既可以保證在較大仰角區(qū)域測向精度，也能夠提升在較小俯仰角區(qū)域的測向精度，滿足待測波方向在期望俯仰角區(qū)域的測向精度。另外，在輻射源波達方向不確定的情況下，能夠基于輻射源波達方向的估計結(jié)果迭代部分陣元的旋轉(zhuǎn)角度，可最大限度地提升輻射源波達方向的估計精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個實施例的一種構(gòu)建四陣元立體陣列方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例的另一種構(gòu)建四陣元立體陣列方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明一個實施例的一種四陣元立體直角陣坐標系的示意圖；

圖4是本發(fā)明一個實施例的一種構(gòu)建四陣元立體陣列裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明一個實施例的當γ＝120°時，四陣元立體直角陣的測向精度等高線的示意圖；

圖6是本發(fā)明一個實施例的當γ＝135°時，四陣元立體直角陣的測向精度等高線的示意圖；

圖7是本發(fā)明一個實施例的利用網(wǎng)格搜索法計算輻射源波達方向估計值的示意圖；

圖8是本發(fā)明一個實施例的迭代獲取第四陣元旋轉(zhuǎn)角度與測向誤差的對應關(guān)系圖。

具體實施方式

本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思是：為了能夠在輻射源波達方向不確定的情況下，可最大限度地提升輻射源波達方向的估計精度，基于輻射源波達方向的估計結(jié)果迭代部分陣元的旋轉(zhuǎn)角度。

實施例一

圖1是本發(fā)明一個實施例的一種優(yōu)化四陣元立體陣列方法的流程圖，如圖1所示，

在步驟s110中，將傳統(tǒng)三陣元平面陣所在的三維直角坐標系任意旋轉(zhuǎn)一初始角度，添加一個非共面的第四陣元，初步構(gòu)建四陣元立體陣列，并基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取測向模型和測向誤差；

在本發(fā)明的一個實施例中，所述基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取測向模型和測向誤差包括：

所述基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取的測向模型為：

根據(jù)公式計算輻射源波達方向的估計值；

其中，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，σ為正定矩陣，θ是待測波方向矢量，且是待測波方向矢量的估計值，且是待測波方向的方位角的估計值，是待測波方向的俯仰角的估計值；

是相位差測量值矩陣；

是相位差理論值矩陣；

是相位差測量誤差矩陣，且服從均值是0、協(xié)方差矩陣是σ的高維正態(tài)分布；

所述基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取的測向誤差為：

根據(jù)公式計算所述待測波方向的估計值和實際值之間的夾角方差其中是相位差測量誤差的方差，α0是待測波方向方位角的理論值，β0是待測波方向俯仰角的理論值，將作為所述待測波方向的估計值和實際值之間的測向誤差。

在步驟s120中，根據(jù)第四陣元的初始旋轉(zhuǎn)角度和所述測向模型，獲取輻射源波達方向的第一估計值；

在本發(fā)明的一個實施例中，利用網(wǎng)格搜索法計算所述測向模型的最小值對應的輻射源波達方向估計值。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述利用網(wǎng)格搜索法計算所述測向模型的最小值對應的輻射源波達方向估計值包括：

將所述測向模型進行等價變換得到：

采用網(wǎng)格搜索法計算的最大值對應的輻射源波達方向的估計值作為

在步驟s130中，根據(jù)所述輻射源波達方向的第一估計值和所述測向誤差，獲取測向誤差最小值時對應的第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度；

在本發(fā)明的一個實施例中，所述根據(jù)所述輻射源波達方向的第一估計值和所述測向誤差，獲取測向誤差最小值時對應的第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度包括：

將代入所述測向誤差

根據(jù)公式計算所述第一優(yōu)化旋轉(zhuǎn)角度值，其中，γk為所述第一優(yōu)化旋轉(zhuǎn)角度值，β0是待測波方向俯仰角的理論值，待測波方向的方位角測量誤差方差和待測波方向的俯仰角測量誤差方差

在步驟s140中，再根據(jù)第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度、所述測向模型和所述測向誤差迭代獲取第四陣元的第n旋轉(zhuǎn)角度值，所述n≥2；

在步驟s150中，判斷第n旋轉(zhuǎn)角度值與第n-1旋轉(zhuǎn)角度的差值是否小于角度差值預設(shè)值和/或迭代次數(shù)n是否大于迭代次數(shù)預設(shè)值；若是，則停止迭代，根據(jù)所述第n旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)建最終的四陣元立體陣列；若否，則繼續(xù)迭代獲取第n+1旋轉(zhuǎn)角度。

由此可知，本發(fā)明的技術(shù)方案，通過將傳統(tǒng)三陣元平面陣所在的三維直角坐標系任意旋轉(zhuǎn)一初始角度，添加一個非共面的第四陣元，初步構(gòu)建四陣元立體陣列，并基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取測向模型和測向誤差；根據(jù)第四陣元的初始旋轉(zhuǎn)角度和所述測向模型，獲取輻射源波達方向的第一估計值；根據(jù)所述輻射源波達方向的第一估計值和所述測向誤差，獲取測向誤差最小值時對應的第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度；再根據(jù)第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度、所述測向模型和所述測向誤差迭代獲取第四陣元的第n旋轉(zhuǎn)角度值，n≥2；判斷第n旋轉(zhuǎn)角度值與第n-1旋轉(zhuǎn)角度的差值是否小于角度差值預設(shè)值和/或迭代次數(shù)n是否大于迭代次數(shù)預設(shè)值；若是，則停止迭代，根據(jù)所述第n旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)建最終的四陣元立體陣列；若否，則繼續(xù)迭代獲取第n+1旋轉(zhuǎn)角度。使用本發(fā)明最終構(gòu)建的四陣元立體陣列，既可以保證在較大仰角區(qū)域測向精度，也能夠提升在較小俯仰角區(qū)域的測向精度，滿足待測波方向在期望俯仰角區(qū)域的測向精度。另外，在輻射源波達方向不確定的情況下，能夠基于輻射源波達方向的估計結(jié)果迭代優(yōu)化部分陣元的旋轉(zhuǎn)角度，可最大限度地提升輻射源波達方向的估計精度。

為了使本發(fā)明的方案更加清晰，下面舉一個具體的例子進行解釋說明。圖2是本發(fā)明一個實施例的另一種優(yōu)化四陣元立體陣列方法的流程圖，如圖2所示，

s21、建立坐標系

圖3是本發(fā)明一個實施例的一種四陣元立體直角陣坐標系的示意圖，如圖3所示，oxyz是傳統(tǒng)平面l型三陣元直角陣的坐標系，其中直角陣的三個陣元分別布置于坐標原點o(a1)，x軸(a2)，y軸(a3)，陣列基線長度為d(需要說明的是，本實施例中陣列基線長度指的是其他三陣元相對于第一陣元的距離)。在此基礎(chǔ)上，將坐標系oxyz繞其x軸正向旋轉(zhuǎn)角度γ則得到另一坐標系o’x’y’z’，在y’軸上添加所述第四陣元a4，陣列基線長度同樣為d。在坐標系oxyz內(nèi)，假設(shè)輻射源波達方向與oxy平面夾角為β，記為俯仰角。此外，假設(shè)輻射源波達方向矢量在oxy平面的投影與ox夾角為α，記為方位角。為簡便計，將輻射源波達方向統(tǒng)一記為(α,β)。

s22、建立測向模型

(1)相位差計算

在圖3構(gòu)建的立體陣坐標系中，以陣元a1為基準，通常考慮基線長度小于半波長的情形(需要說明的是，若基線長度大于半波長，那么將導致測向模糊。)，則此時陣元a2與a1的相位差φ21為：

(公式1)中λ是待測波方向的波長，d為陣列基線長度，δφ21為陣元a2與a1通道之間的相位差測量誤差之差。另一方面，陣元a3與a1的相位差φ31為：

(公式2)中，δφ31為陣元a3與a1通道之間的相位差測量誤差之差。此外，陣元a4與a1的相位差φ41為：

(公式3)中，δφ41為陣元a4與a1通道之間的相位差測量誤差之差。

將(公式1)—(公式3)用矩陣表示為：

(公式4)中，是測量值矩陣，是理論值矩陣，為測量誤差矩陣，且服從均值為0、協(xié)方差矩陣為σ的高維正態(tài)分布，其中σ為正定矩陣。

對相位差測量值矩陣(公式4)進行最小二乘法處理，得到測向模型為：

需要說明的是，(公式5)中，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，σ為正定矩陣，θ是待測波方向矢量，且θ＝(α,β)；是待測波方向矢量的估計值，且是待測波方向的方位角的估計值，是待測波方向的俯仰角的估計值。

s23、測向誤差推導

為估計經(jīng)由(公式5)估計得到的輻射源波達方向的精確程度，須給出基于(公式5)的測向算法所導致的測向誤差。為便于后續(xù)表述，記：

設(shè)若則在θ0處取得最小值，從而同理，若即且則當較小時，在θ0附近，可表示為忽略高階誤差，有：

由于根據(jù)(公式7)有：

對于(公式8)等式左側(cè)，直接計算可得：

因此，有：

(公式10)中，

對于(公式8)等式左側(cè)，直接計算可得：

另外，(公式10)中直接計算有所以行滿秩，考慮到σ^-1也是正定矩陣，因此可逆。則根據(jù)式(公式8)得：

(公式12)，cov(δθ)指δθ的協(xié)方差矩陣。

在本發(fā)明的一個實施例中，分時計算其他三個陣元相對于第一陣元的相位差指的是在某一時刻(或者某一時間段)僅測量a2-a1，a3-a1，a4-a1三組基線中一組的相位差，依次測量a2-a1，a3-a1，a4-a1三組基線中一組的相位差，換句話說，就是計算機編程語言中的串行計算a2-a1，a3-a1，a4-a1三組相位差。需要說明的是，假設(shè)在測量a2-a1之間的相位差時，需要兩臺測試機器，則在整個分時測量過程中，僅需要兩臺測試機器即可，節(jié)約了系統(tǒng)的計算資源。

在分時測量相位差的過程中，假設(shè)的協(xié)方差矩陣為為相位差測量誤差的方差，i3是3階單位矩陣，則：

(公式13)中，

則

根據(jù)(公式12)，有：

(公式14)中σα²即為方位角測量誤差方差，σβ²即為俯仰角測量誤差方差，其中，

根據(jù)(公式14)的結(jié)果，計算所述待測波方向的估計值和實際值之間的夾角方差為

其中是相位差測量誤差的方差，α0是待測波方向方位角的理論值，β0是待測波方向俯仰角的理論值，將作為所述待測波方向的估計值和實際值之間的測向誤差

在本發(fā)明的一個實施例中，同步計算其他三個陣元相對于第一陣元的相位差指的是在某一時刻(或者某一時間段)同時測量a2-a1，a3-a1，a4-a1三組基線中一組的相位差，換句話說，就是計算機編程語言中的并行計算a2-a1，a3-a1，a4-a1三組相位差。同步計算陣元間的相位差，相比于分時計算陣元間的相位差的方式，提高了測向精度。在同步測量相位差的過程中，假設(shè)的協(xié)方差矩陣為：

(公式16)中，為相位差測量誤差的方差。根據(jù)式(公式10)及(公式16)，有：

(公式17)中，

其中cα＝cosα，cγ＝cosγ，sα＝sinα，sγ＝sinγ。

記則有：

(公式18)中，

根據(jù)式(公式18)的結(jié)果，計算所述待測波方向的估計值和實際值之間的夾角方差為

其中是相位差測量誤差的方差，α0是待測波方向方位角的理論值，β0是待測波方向俯仰角的理論值，將作為所述待測波方向的估計值和實際值之間的測向誤差，

是相位差測量誤差的方差。

s24、陣列構(gòu)型迭代優(yōu)化

s241、測向結(jié)果獲取

由于在輻射源波達方向測量過程中，可能存在陣列構(gòu)型不理想的情形，因此可基于輻射源波達方向的估計結(jié)果引導改善旋轉(zhuǎn)角γk，進而獲取下一次測量的輻射源波達方向的估計結(jié)果其中γk分別為第k次輻射源波達方向估計結(jié)果與陣元a4第k次調(diào)整后的旋轉(zhuǎn)角，k＝1,2,3,...。此外，定義γ0為陣元a4的初始旋轉(zhuǎn)角，通常可根據(jù)感興趣的方位俯仰區(qū)域通過比較幾種常用的旋轉(zhuǎn)角的測向精度高低來粗略地選取。根據(jù)式(5)，有第k次輻射源波達方向估計結(jié)果為：

式(5)中，為第k次測量得到的相位差矩陣，且有：為第k次測量的測量誤差矩陣。基于式(16)，可采用其等價變換形式求取

基于(公式21)，可采用網(wǎng)格搜索法求取使得在所有可能θ上的取值，并選取使其最大的θ作為其中θ＝(α,β)^t，α＝αl,αl+δα,...,αu，β＝βl,βl+δβ,...,βu，αl、αu分別為方位角搜索方位的下限與上限值，βl、βu分別為俯仰角所搜范圍的下限與上限值，δα、δβ分別為方位角與俯仰角搜索的網(wǎng)格大小，通常應小于測向精度要求。

在求得后，將作為輸入條件，進一步優(yōu)化求取使得附近測向精度最高的旋轉(zhuǎn)角度γk，即：

(公式22)

基于(公式22)，選取所有可能的旋轉(zhuǎn)角γ，選取使得式最小的γ為γk并以此調(diào)整陣列構(gòu)型，而后依據(jù)(公式20)求取依此不斷迭代。

s242、判斷測向結(jié)果是否滿足停止迭代條件？

應用過程中，當滿足一定條件時則停止上述迭代計算過程并確定最終的旋轉(zhuǎn)角與波達方向估計結(jié)果。這里采用下述優(yōu)化停止條件：

k≥ns或γk+1-γk≤δγ(公式23)

即迭代次數(shù)大于n(n≥2)和/或前后兩次要求陣元a4旋轉(zhuǎn)的角度之差小于可實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)步進δγ。若判斷為是，執(zhí)行步驟s243；若判斷為否，執(zhí)行步驟s244。

需要說明的是，在實際應用中，可以根據(jù)實際測試精度需求，將停止迭代優(yōu)化條件僅可以設(shè)置為迭代次數(shù)大于n，或者將迭代優(yōu)化條件僅可以設(shè)置為第n旋轉(zhuǎn)角度值與第n-1旋轉(zhuǎn)角度的差值是否小于旋轉(zhuǎn)角度預設(shè)值，或者將停止迭代優(yōu)化條件設(shè)置為迭代次數(shù)既要大于n又要第n旋轉(zhuǎn)角度值與第n-1旋轉(zhuǎn)角度的差值是否小于旋轉(zhuǎn)角度預設(shè)值。

s243、若判斷測向結(jié)果滿足停止迭代條件，則確定最終陣列構(gòu)型及輻射波波達方向估計結(jié)果。

s244、若判斷測向結(jié)果未滿足停止迭代條件，則重復步驟s241，對第四陣元的旋轉(zhuǎn)角度繼續(xù)迭代，即繼續(xù)迭代獲取第n+1旋轉(zhuǎn)角度。

實施例二

圖4是本發(fā)明一個實施例的一種優(yōu)化四陣元立體陣列裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，

所述裝置包括存儲器320和處理器310，所述存儲器320和所述處理器310之間通過內(nèi)部總線330通訊連接，所述存儲器320存儲有能夠被所述處理器執(zhí)行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器310執(zhí)行時能夠?qū)崿F(xiàn)如下步驟：

將傳統(tǒng)三陣元平面陣所在的三維直角坐標系任意旋轉(zhuǎn)一初始角度，添加一個非共面的第四陣元，初步構(gòu)建四陣元立體陣列，并基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取測向模型和測向誤差；

根據(jù)第四陣元的初始旋轉(zhuǎn)角度和所述測向模型，獲取輻射源波達方向的第一估計值；

根據(jù)所述輻射源波達方向的第一估計值和所述測向誤差，獲取測向誤差最小值時對應的第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度；

再根據(jù)第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度、所述測向模型和所述測向誤差迭代獲取第四陣元的第n旋轉(zhuǎn)角度值，所述n≥2；

判斷第n旋轉(zhuǎn)角度值與第n-1旋轉(zhuǎn)角度的差值是否小于角度差值預設(shè)值和/或迭代次數(shù)n是否大于迭代次數(shù)預設(shè)值；若是，則停止迭代，根據(jù)所述第n旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)建最終的四陣元立體陣列；若否，則繼續(xù)迭代獲取第n+1旋轉(zhuǎn)角度。

在本發(fā)明的一個實施例中，基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取的測向模型為：

根據(jù)公式計算輻射源波達方向的估計值；

其中，t表示矩陣的轉(zhuǎn)置，σ為正定矩陣，θ是待測波方向矢量，且是待測波方向矢量的估計值，且是待測波方向的方位角的估計值，是待測波方向的俯仰角的估計值；

是相位差測量值矩陣；

是相位差理論值矩陣；

是相位差測量誤差矩陣，且服從均值是0、協(xié)方差矩陣是σ的高維正態(tài)分布；

基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取的測向誤差為：

根據(jù)公式計算所述待測波方向的估計值和實際值之間的夾角方差其中是相位差測量誤差的方差，α0是待測波方向方位角的理論值，β0是待測波方向俯仰角的理論值，將作為所述待測波方向的估計值和實際值之間的測向誤差。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述根據(jù)第四陣元的初始旋轉(zhuǎn)角度和所述測向模型，獲取輻射源波達方向的第一估計值包括：

將所述測向模型進行等價變換得到公式：

將所述第四陣元的初始旋轉(zhuǎn)角度代入上述公式，采用網(wǎng)格搜索法計算的最大值對應的輻射源波達方向的估計值將所述估計值作為輻射源波達方向的第一估計值。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述根據(jù)所述輻射源波達方向的第一估計值和所述測向誤差，獲取測向誤差最小值時對應的第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度包括：

將代入所述測向誤差

根據(jù)公式計算所述第一旋轉(zhuǎn)角度值，其中，γk為所述第一旋轉(zhuǎn)角度值，β0是待測波方向俯仰角的理論值，是待測波方向的方位角測量誤差方差，是待測波方向的俯仰角測量誤差方差。

在本發(fā)明的一個實施例中，存儲器320存儲的是計算機程序。所述計算機程序被所述處理器310執(zhí)行時能夠?qū)崿F(xiàn)圖1所示的方法步驟。

在不同的實施例中，存儲器320可以是內(nèi)存或者非易失性存儲器。其中非易失性存儲器可以是：存儲驅(qū)動器(如硬盤驅(qū)動器)、固態(tài)硬盤、任何類型的存儲盤(如光盤、dvd等)，或者類似的存儲介質(zhì)，或者它們的組合。內(nèi)存可以是：ram(radomaccessmemory，隨機存取存儲器)、易失存儲器、非易失性存儲器、閃存。進一步，非易失性存儲器和內(nèi)存作為機器可讀存儲介質(zhì)，其上可存儲由處理器310執(zhí)行的優(yōu)化四陣元立體陣列的計算機程序321。

需要說明的是，本實施例中請求保護的優(yōu)化四陣元立體陣列的裝置300的工作過程與圖1所示的方法的各實施例的實現(xiàn)步驟對應相同，相同的部分不再贅述。

實施例三

為了更好的演示上述第四陣元可旋轉(zhuǎn)的四陣元立體直角陣的方法步驟的實現(xiàn)效果，下面舉一個具體的實例進行展示。

如上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案即可采用相位差分時測量機制也可以采用相位差同步測量機制，在本實施例中采用相位差分時測量體制，假設(shè)，第四陣元a4的初始旋轉(zhuǎn)角γ＝135°且通道相位差測量誤差均為5°。將第四陣元a4的初始旋轉(zhuǎn)角度作為第四陣元a4不旋轉(zhuǎn)的情況(即采用第四陣元a4的初始旋轉(zhuǎn)角確定γ＝135°陣列構(gòu)型)。圖5是本發(fā)明一個實施例的當γ＝120°時，四陣元立體直角陣的測向精度等高線的示意圖；從圖5中可以看出，當γ＝120°時，較小仰角區(qū)域35°至50°區(qū)域的測向精度為(4.2,4.9)；當γ＝135°時，四陣元立體直角陣的測向精度等高線的示意圖如圖6所示。從圖6中可以看出，當γ＝135°時，較小仰角區(qū)域35°至50°區(qū)域的測向精度為(4.2,5.4)；通過對比分析圖4和圖5可知，當γ＝120°時四陣元立體陣在較小仰角區(qū)域35°至50°區(qū)域的測向精度高于當γ＝135°時四陣元立體陣在較小仰角區(qū)域35°至50°區(qū)域的測向精度，也就是說，不同的旋轉(zhuǎn)角對不同方位俯仰區(qū)域的測向精度存在較大影響，因此有必要在應用過程中根據(jù)輻射源波達方向的估計結(jié)果迭代優(yōu)化旋轉(zhuǎn)角以獲得更高的測向精度。

圖7是本發(fā)明一個實施例的利用網(wǎng)格搜索法計算輻射源波達方向估計值的示意圖，如圖7所示，在俯仰角(0°～90°)、方位角(0°～180°)的范圍內(nèi)，按方位、俯仰角均符合均勻分布隨機選取了1000個樣本。本案例中，選擇網(wǎng)格步進δα＝δβ＝1°進行網(wǎng)格搜索，從圖7可見，對于本專利考慮的短基線情況，采用式(公式21)所述算法可以較好地估計輻射源波達方向。

圖8是本發(fā)明一個實施例的迭代獲取第四陣元旋轉(zhuǎn)角度與測向誤差的對應關(guān)系圖。在本實施例中，選擇旋轉(zhuǎn)角度預設(shè)值δγ＝1°，迭代優(yōu)化次數(shù)ns＝5。圖8示出了第四陣元旋轉(zhuǎn)不同的角度時，相應的測向精度，從圖8可見，旋轉(zhuǎn)角γ＝128°對應最高的測向精度，因此依此計算結(jié)果調(diào)整第四陣元a4的旋轉(zhuǎn)角，也就是說當γ＝128°構(gòu)建四陣元立體陣，可使得測向精度達到最佳。最后，統(tǒng)計所有樣本最終估計方位矢量與其實際方位矢量的夾角，采用本專利提出的測向系統(tǒng)的測向誤差均值為4.23°，而采用陣元a4的初始旋轉(zhuǎn)角確定固定陣列構(gòu)型的測向系統(tǒng)測向誤差均值為5.02°，驗證了本專利提出的測向系統(tǒng)在提升測向精度方面的有效性。

綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案，通過將傳統(tǒng)三陣元平面陣所在的三維直角坐標系任意旋轉(zhuǎn)一初始角度，添加一個非共面的第四陣元，初步構(gòu)建四陣元立體陣列，并基于構(gòu)建的四陣元立體陣列獲取測向模型和測向誤差；根據(jù)第四陣元的初始旋轉(zhuǎn)角度和所述測向模型，獲取輻射源波達方向的第一估計值；根據(jù)所述輻射源波達方向的第一估計值和所述測向誤差，獲取測向誤差最小值時對應的第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度；再根據(jù)第四陣元的第一旋轉(zhuǎn)角度、所述測向模型和所述測向誤差迭代獲取第四陣元的第n旋轉(zhuǎn)角度值，n≥2；判斷第n旋轉(zhuǎn)角度值與第n-1旋轉(zhuǎn)角度的差值是否小于角度差值預設(shè)值和/或迭代次數(shù)n是否大于迭代次數(shù)預設(shè)值；若是，則停止迭代，根據(jù)所述第n旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)建最終的四陣元立體陣列；若否，則繼續(xù)迭代獲取第n+1旋轉(zhuǎn)角度。使用本發(fā)明最終構(gòu)建的四陣元立體陣列，既可以保證在較大仰角區(qū)域測向精度，也能夠提升在較小俯仰角區(qū)域的測向精度，滿足待測波方向在期望俯仰角區(qū)域的測向精度。另外，在輻射源波達方向不確定的情況下，能夠基于輻射源波達方向的估計結(jié)果迭代優(yōu)化部分陣元的旋轉(zhuǎn)角度，可最大限度地提升輻射源波達方向的估計精度。

以上僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。