[發明專利]雷達低仰角目標的波達方向估計方法

有效

• 申請號: 201010509968.9
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN102012505A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 劉崢;劉俊;趙偉;孫慧霞;謝榮
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，具體的說是一種用于雷達對低仰角目標的波達方向估計方法。

背景技術

目標定位是雷達的一項基本功能。當探測低仰角目標時，雷達波束打地，使得目標的直達波和地(海)面反射的多徑反射波在天線波束主瓣內疊加，且它們的多普勒頻率及回波時延近似相等，這組強相關的信號同時被雷達天線接收，使得雷達角度估計系統不能正確的估計出目標的波達方向，給目標定位帶來了困難。為了解決這個問題，現有技術有以下三種方法：

1.吳向東等人在“一種基于線性預處理的米波雷達低仰角處理算法，電子學報，2006，34(9)：1668-1671”文章中，提出先對接收數據進行差分預處理，再通過多重信號分類MUSIC算法估計目標的波達方向。

2.趙光輝等人在“基于交替投影的DOA估計方法及其在米波雷達中的應用，電子與信息學報，2008，30(1)：224-227”文章中，提出利用廣義MUSIC算法估計低仰角目標的波達方向。

3.趙永波等人在“雷達低角跟蹤環境下的最大似然波達方向估計方法，電子學報，2004，32(9)：1520-1523”的文章中，提出了一種時空級聯最大似然算法，即先進行多普勒頻率估計和濾波，然后再利用最大似然算法估計目標的波達方向。

上述方法1和方法2都是基于數據協方差矩陣的方法，由于沒有充分利用雷達可獲取的信息，因而對信噪比要求比較高，且不能用于單樣本數情況下的波達方向估計。

方法3雖然具有低信噪比門限和所需快拍數少的優點，但是當陣元較多和搜索角度間隔較小時，角度搜索的運算量將會很大，這給波達方向估計系統的工程實現帶來了困難。

發明內容

本發明的主要目的在于克服已有方法的缺點，提供一種無需進行角度搜索的雷達低仰角目標的波達方向估計方法，以在保證波達方向估計精度的情況下，減小運算量，便于波達方向估計系統的工程實現。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：充分利用脈沖雷達回波信號時域和頻域的信息對雷達回波數據進行積累，然后利用均勻線陣的結構特點構造矩陣束，最后直接得到目標波達方向的解析解，不需要角度搜索，具體實現步驟包括如下：

1.雷達發射一組帶寬不超過載波頻率1％的窄帶相參脈沖信號；

2.通過均勻線陣天線接收雷達回波數據，并將其混頻到基帶進行離散采樣；

3.對離散采樣后的雷達回波數據進行波束形成，波束指向0°；

4.根據波束形成后的數據，測量出目標所在的距離采樣單元和多普勒通道；

5.根據測量得到的目標所在的距離采樣單元和多普勒通道，對離散采樣后的雷達回波數據重新進行積累，使每個接收陣元只獲得一個樣本數；

6.利用重新積累后的數據，構造矩陣束：

其中，γ為一個任意復數，(?)^*表示矩陣共軛，(?)^T表示矩陣轉置，q_k為第k個陣元對離散采樣后的雷達回波數據重新進行積累的輸出值，k＝1，2，K，L+1，L為自由參數，L取值為M/3～M/2間的整數，M是接收雷達回波數據所采用的均勻線陣天線的陣元個數；

7.采用廣義特征值分解的總體最小二乘法對構造的矩陣束求解目標的波達方向：

(7a)將奇異值分解為

其中，(?)^H表示矩陣共軛轉置，∑_2s為中兩個最大的奇異值所組成的對角陣，∑_2n為中其他奇異值組成的對角陣，U_2s由中兩個最大的大奇異值所對應的左奇異向量組成，V_2s由中兩個最大的奇異值所對應的右奇異向量組成，U_2n由中其他奇異值所對應的左奇異向量組成，V_2n由中其他奇異值所對應的右奇異向量組成；

(7b)將矩陣先左乘再右乘V_2s，得到新的矩陣束：

(7c)令為廣義特征值矩陣，(?)^-1表示矩陣求逆，對該廣義特征值矩陣Φ進行特征值分解，得到特征值γ_i(i＝1，2)；

(7d)根據特征值γ_i，計算目標的波達方向和多徑反射波的波達方向的角度值λ為發射信號載波波長，d為接收雷達回波數據所采用的均勻線陣的陣元間距，arg(?)表示取相位，arcsin(?)表示取反正弦；

(7e)將計算出的θ_i(i＝1，2)中的正角度值作為目標的波達方向。

本發明與現有技術相比具有以下優點：