[發明專利]分布式陣列目標到達角估計方法

有效

• 申請號: 201310279474.X
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103383452A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 楊明磊;陳伯孝;高龍超;王玉
• 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
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

技術領域

本發明屬于雷達信號處理技術領域，涉及波達方向估計(Direction?Of?Arrival，DOA)，具體地說是針對由兩個相同的陣列構成的分布式陣列，提出一種分布式陣列目標到達角估計方法，用于雷達目標跟蹤。

背景技術

為了提高雷達陣列測角精度，需要擴大雷達陣列孔徑，雷達陣列孔徑越大，雷達陣列DOA估計精度越高。擴展雷達陣列孔徑的方法有多種，包括增加陣元數，非均勻布陣，使用雷達分布式陣列。增加陣元數能顯著改善DOA估計精度，但同時會增加硬件成本和計算量；而雷達分布式陣列是一種特殊的稀疏陣列，它由若干個小孔徑陣列組成，小孔徑陣列的間距遠大于半波長。相對于早期的微波合成干涉陣，雷達分布式陣列大大提高了陣列自由度，應用超分辨方法能顯著地改善DOA估計效果。盡管雷達分布式陣列能夠利用少數陣元實現孔徑擴展的目的，但由于其基線長度大于半波長，合成方向圖存在柵瓣，會出現測向模糊。針對雷達分布式陣列的這一缺陷，在對目標進行探測和跟蹤過程中，需要解測向模糊才能精確得到目標的DOA估計。

雷達分布式陣列解模糊方法包括雙尺度法、多重信號分類(MUltiple?SIgnal?Classification，MUSIC)法和波束形成法。雙尺度類方法需要得到兩種估計，一種是精度低但無模糊的估計，另一種是精度高但有模糊的估計，用無模糊的低精度估計解高精度估計的模糊。K?T?Wong基于這種思想提出了雙尺度旋轉不變子空間(Estimation?of?Signal?Parameters?via?Rotational?Invariance?Techniques，ESPRIT)方法并給出了正確解模糊的條件。朱偉等針對雷達分布式陣列用雙尺度幅相估計(Amplitude?and?Phase?Estimation，APES)方法進行DOA估計，解模糊思路與雙尺度ESPRIT方法相同，作者在《用干涉式APES算法實現干涉陣盲DOA估計》一文中指出該方法是一種盲DOA估計，不依賴信號模型且在單次快拍的條件下能夠獲得比雙尺度ESPRIT方法更優的DOA估計效果，但同時指出該方法計算量遠大于超分辨方法計算量。Volodymyr在雙尺度ESPRIT方法的基礎上提出用MUSIC方法和波束形成法解雷達分布式陣列的模糊，其本質是將ESPRIT方法得到的一組有模糊的角度值帶入MUSIC方法和波束形成的角度估計式從而實現解模糊。相比雙尺度ESPRIT方法，該方法只需要一個尺度，不涉及粗估計和精估計的配對，且計算量小，但由于空間譜偽峰可能比真實角度的峰值高，因此不能完全保證解模糊的正確性。

上面所提到的大多數方法用ESPRIT方法針對雷達分布式陣列估計目標DOA，由于MUSIC方法比ESPRIT方法精度高，為了提高測角精度，有學者提出用MUSIC方法對分布式陣列進行DOA估計，但仍需要解決測向模糊問題。對雷達分布式陣列用經典MUSIC方法進行目標DOA估計時，空間譜不僅在實際角度處出現峰值而且由于柵瓣的影響會出現偽峰，由于沒有其他先驗信息，無法實現解模糊。針對經典MUSIC方法的多值模糊問題，司偉建提出峰值比較法，認為真正的MUSIC譜峰往往高于MUSIC的偽峰，但MUSIC峰值并不代表功率的大小，且低信噪比下偽峰可能會高于真正峰值，因此較難付諸于工程應用；金虎兵等提出位置不變法，即不同結構的陣列真正的峰值位置不變，偽峰的位置改變，但需要改變陣列結構進行多次測量，計算量大，實際運作中不易實現。

綜合如上所述，上述幾種方法在雷達分布式陣列的背景下能夠提高測角精度，但算法計算量大、實時性差、較難付諸于工程應用、實際中不易實現、且測角精度仍有待于進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，針對雷達分布式陣列，提出一種精度高、效率高的雷達分布式陣列目標到達角估計方法，在實時檢測和跟蹤中，減少計算量，消除偽峰的影響，提高測角精度。

為實現上述目的，本發明采用了縮小搜索區間進而得到目標無模糊精估計的技術方案：對雷達分布式陣列進行陣列劃分得到目標無模糊的粗估計，結合雷達分布式陣列方向圖主瓣和第一柵瓣的最小間距確定搜索區間，由搜索區間上的空間譜得到目標無模糊的精估計，該精估計即為用雷達分布式陣列所得到的目標到達角估計。本發明針對單個目標的情形，具體包括如下步驟：