[發明專利]基于最小冗余線性稀疏子陣的米波雷達低仰角估計方法

有效

• 申請號: 201410081416.0
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN103885049A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 楊明磊;陳伯孝;武宇娟;魯加戰;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: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明屬于雷達信號處理技術領域，涉及米波雷達低仰角估計，具體地說是一種基于最小冗余線性稀疏子陣的米波雷達低仰角估計方法，可用于目標定位和跟蹤。

背景技術

近年來，隨著反輻射導彈、超低空飛行、隱身技術等一系列高新技術的發展和應用，各國的防空雷達系統面臨著嚴重的威脅。而米波雷達在抗反輻射導彈及反隱身方面具有天然的優勢，因而得到了各個國家的普遍重視并獲得了快速的發展。

米波雷達主要應用在遠程警戒，其主要任務是發現飛機、導彈等空間目標，一般作用距離在幾百公里，此時目標相對于雷達的仰角僅有幾度，空間大部分遠區目標對米波雷達而言都是低仰角目標。米波雷達在探測遠距離目標時，由于波長較長，在天線尺寸受限的情況下，使得天線主瓣波束較寬，通常會出現波束“打地”，使得雷達回波中不僅包含目標直達波信號，還混有多徑信號，而且目標的直達波信號和多徑信號近乎完全相干，估計目標低仰角的問題類似于估計兩個相干源的問題。受多徑效應的影響，產生波瓣分裂現象，嚴重影響了目標俯仰角的測量。因此，如何解決米波雷達低仰角估計的難題就成為了米波雷達推向實用的一個重要研究課題。

目前已有的技術主要有以下幾種：

(1)陣列超分辨處理測角方法。把陣列信號處理中的超分辨技術應用于分辨直達波信號和多徑信號。因為直達波信號和多徑信號是相干的，所以這類算法主要是估計相干源波達方向DOA的超分辨算法，其先使用空間平滑和Topelitz變換等方法解相干，然后利用信號子空間、噪聲子空間和子陣旋轉不變性等來測角。例如，趙光輝等人于2009年2月在《電子與信息學報》發表的論文“基于差分預處理的米波雷達低仰角處理算法”。該方法是基于平坦陣地模型，那就是分辨既相干、空間位置又近的目標；同時存在瓶頸問題是該方法只適合于平坦陣地模型。

(2)基于波瓣分裂的米波雷達低仰角估計方法。利用不同天線分裂波瓣的相位關系，確定目標所在仰角區間。這是一種在垂直維只需3根天線的米波雷達的低仰角估計方法。該方法只適合于平坦陣地，對陣地的平坦性要求較高，且估計誤差較大，難以滿足一些精度較高的實際使用要求。

(3)基于干涉陣列米波雷達的低仰角估計方法。該方法首先利用兩個分布式子陣擴展陣列孔徑，使得陣列具有較窄的主瓣，然后利用干涉陣列空間平滑算法對相干信號解相干，恢復信號數據協方差矩陣的秩，最后利用超分辨算法得到低仰角的估計值。由于陣元僅分布于陣列的兩端，陣列接收的信號信息受到很大限制，陣列在低信噪比條件下的測角性能仍較差。

目前，現有米波雷達低仰角估計方法雖然一定程度上改善了低仰角估計的性能，但其估計誤差仍然較大，特別是在低信噪比時的估計誤差較大，導致目標定位或者跟蹤失敗。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種基于最小冗余線性稀疏子陣的米波雷達低仰角估計方法，以提高米波雷達低仰角條件下的估計性能。

為實現上述目的，本發明的技術思路是:首先利用最小冗余線性稀疏子陣擴展陣列孔徑，然后利用數據協方差矩陣構造數據協方差矩陣的增廣矩陣，等效于構造子陣均勻分布的分布式子陣，再運用分布式子陣的空間平滑算法對多徑信號解相干，最后利用修正的ESPRIT（Estimating?signal?parameters?via?rotational?invariance?techniques借助旋轉不變技術估計信號參數）算法得到高精度無模糊的低仰角估計。

本發明的一種基于最小冗余線性稀疏子陣的米波雷達低仰角估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，用P個均勻線陣按最小冗余線陣方式稀疏分布構造最小冗余線性稀疏子陣米波雷達；

步驟2，從雷達回波中提取目標信號，并對該目標信號進行雜波對消和干擾對消處理，得到對消后的目標回波信號；

步驟3，根據目標回波信號計算子陣的自協方差矩陣和子陣間的互協方差矩陣；

步驟4，根據子陣的自協方差矩陣和子陣間的互協方差矩陣構造整個陣列數據協方差矩陣的增廣矩陣；

步驟5：運用分布式子陣的空間平滑算法恢復增廣矩陣的秩；

步驟6：對數據協方差矩陣R^fb進行特征分解得到目標回波信號的信號子空間U_s；

步驟7：根據目標回波信號的信號子空間U_s，利用空域旋轉不變性求得方向余弦無模糊粗估計值及非奇異矩陣T；

步驟8：根據信號子空間U_s和非奇異矩陣T，利用導向矢量的空域旋轉不變性，求得方向余弦模糊精估計值