[發明專利]一種頻控陣雷達角度-距離參數解耦合方法

有效

• 申請號: 202010499569.2
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111751800B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 洪升;楊凱凱;趙志欣;朱琪;葉延恒
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G01S7/42
• 分類號: G01S7/42;G01S7/28
• 代理公司: 南昌金軒知識產權代理有限公司 36129
• 代理人: 夏軍

1.一種利用多徑信號的頻控陣雷達角度-距離解耦合方法，其特征在于無需對頻控陣列進行特殊設計，僅利用環境中多徑回波信號實現目標角度-距離解耦合，具體實現步驟包括：

S1：建立頻控陣列雷達的發射模型；

S2：根據S1頻控陣列發射模型以及目標空間環境，建立目標回波信號模型；

S3：建立頻控陣列雷達多徑信號模型，以該信號模型得到直達波相位差和反射波相位差；然后，由映射得到直達波角度和距離；由映射得到反射波角度和距離；在頻控陣中，映射和為二維聯合映射，即角度和距離參數耦合，直達波和反射波的角度和距離均估計失敗；利用多徑信號模型，在原始頻控陣相位差映射函數和基礎上增加直達波參數和反射波參數之間的映射函數，具體如下：

通過求解上述方程組從而可以有效消除角度-距離耦合；

S4：采用可解相干的陣列譜估計方法對角度和距離參數進行聯合估計。

2.根據權利要求1所述的一種利用多徑信號的頻控陣雷達角度-距離解耦合方法，其特征在于：所述S1包括：

(1)窄帶頻控陣雷達發射信號模型，其發射陣列為一個陣元的線陣，以第一個陣元為參考陣元，以第一個陣元的發射頻率為參考頻率；陣列發射個不同頻率的信號；第個陣元發射的信號為：

（1）

其中，是發射脈沖持續時間，是發射波形，是第個陣元天線的發射載頻，可表示為：

（2）

其中，是參考頻率，是第個陣元相對參考陣元的載頻差，且滿足參考陣元載頻遠遠大于頻率增量；

(2)?推導給出窄帶頻控陣雷達發射陣列導向矢量的過程如下：

窄帶頻控陣雷達的發射信號照射到探測環境中某個目標上，假設該目標相對頻控陣列的角度為，相對陣列參考陣元的距離為，則該目標相對陣列第個陣元的距離為：

（3）

其中，表示第陣元到參考陣元的間距，且；時刻時，參考陣元發射的信號在目標處的相位為：

（4）

其中，為光速，此時，第個陣元相對于參考陣元發射信號在目標處的相位差為：

（5）

令式(5)中等于零，可得對應的非時變相位差為：

（6）

由此得到頻控陣雷達發射導向矢量為：

（7）

其中，；

(3)?以均勻線陣形式下，均勻頻率間隔為例，此時，陣元距離間隔和陣元頻率間隔分別為：

（8）

（9）

其中，?為相鄰陣元距離間隔，?為相鄰陣元頻率增量，將式(8)和式(9)代入式(6)中，非時變相位差成為：

（10）

其中，表示相鄰陣元回波相位差，將式（10）代入式(7)中，得到均勻線陣均勻頻率頻控陣發射陣列導向矢量為：

（11）。

3.?根據權利要求2所述的一種利用多徑信號的頻控陣雷達角度-距離解耦合方法，其特征在于：所述S2包括：

空間探測環境中，假設所探測的目標相對于發射陣列的角度以及相對于參考陣元的距離為；頻控陣列發射的個不同頻率的信號，經目標反射后，被接收處理；假定接收機為帶限，接收陣列包含個陣元，第個接收陣元只接收處理頻率為的信號；于是，頻控陣列接收到的離散信號為

（12）

其中，為離散采樣點，表示接收陣列接收的離散噪聲，表示目標回波離散采樣；相鄰陣元接收的期望目標回波相位差為

（13）

其中，表示由映射到的映射函數；

頻控陣雷達對目標接收回波進行陣列信號處理，以估計出目標的角度和距離參數，幾乎所有的陣列參數估計方法，本質都是對接收陣列的相位差進行估計，然后由進一步得到目標的角度和距離；

在傳統相控陣列中，是未知角度參數的一維函數，且和是一一對應的，估計出便可直接得到未知角度參數；然而，在頻控陣中，是參數角度和距離的聯合二維函數，且未知參數和是相互耦合的，無法由估計得到的直接映射得到角度和距離，角度和距離參數估計失敗。