[發明專利]基于ADMM的米波面陣雷達二維DOA估計方法

在審

• 申請號: 202110753379.3
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113671485A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 劉宏偉;李嘉豪;馬暉;馬健鈞
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88
• 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

1.一種基于ADMM的米波面陣二維DOA估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，建立米波雷達二維面陣的信號模型，對各個陣元接收的回波數據進行脈壓處理，對脈壓后回波數據進行二維波束合成，得到目標俯仰角粗估計θ₁和方位角粗估計

其中，米波雷達二維面陣為M×N維；

步驟2，利用方位角粗估計對各行陣元進行方位角波束合成，插值處理后提取距離單元R_Q數據，得到各行陣列輸出數據y_r＝[S_1r(R_Q)，…S_mr(R_Q)，…S_Mr(R_Q)]^T，利用俯仰角粗估計θ₁和距離單元R_Q得到各列陣列輸出數據y_c＝[S_1c(R_Q)，…S_nc(R_Q)，…S_Nc(R_Q)]^T；利用幾何關系，將輸出數據y_r和y_c分別擴展為空域角度超完備表示形式，據此建立稀疏恢復模型，將目標的二維DOA估計問題轉化為目標函數的凸優化問題；

其中，S_mr(R_Q)表示第m行陣元方位波束合成并插值處理后的距離單元R_Q數據；S_nc(R_Q)表示第n列陣元俯仰波束合成并插值處理后距離單元R_Q數據；上標T為轉置操作；

步驟3，將所述目標函數的凸優化問題進行分塊處理，采用交替方向乘子法求解分塊后的一維DOA估計問題，對應得到俯仰維和方位維的角度估計，即為目標俯仰角和方位角的精確估計。

2.根據權利要求1所述的基于ADMM的米波面陣二維DOA估計方法，其特征在于，所述建立米波雷達二維面陣的信號模型，具體為：

1.1，建立空間直角坐標系，設二維面陣為陣元數為M×N的均勻面陣，將其放置在YOZ平面，相鄰陣元間隔為d，滿足d＝λ/2，λ表示波長；在遠場條件下目標回波到達各陣元認為是平面波，定義目標在XOY平面投影與Y軸正方向的夾角為方位角目標與XOY平面的夾角為俯仰角θ；令O點陣元為參考陣元，各陣元發射窄帶線性調頻信號為：

其中，g(t)表示信號復包絡，f_c為中心頻率，T表示脈沖寬度；

1.2，設空間中只有單個目標，噪聲是獨立同分布的加性噪聲，各陣元在t時刻接收基頻回波表示為：

其中，σ表示目標后向散射系數，ρ表示多徑回波鏡面反射系數；c表示光速，R(m，n)表示目標到第m行第n列陣元距離，m∈[1，M]，n∈[1，N]；R′(m，n)表示多徑回波到達各陣元的距離，w(m，n，t)表示第m行第n列陣元的加性高斯白噪聲；

1.3，根據遠場條件，令目標與參考陣元距離為R，則

其中，y_n表示第n列陣元的Y軸坐標，z_m表示第m行陣元的Z軸坐標；

當反射面為理想平面陣地時，只考慮多徑信號鏡面反射，則直達波和多徑波的距離差表示為：ΔR＝R′(m，n)-R(m，n)≈2h_asinθ，h_a表示陣列中心高度，在該反射模型中，直達波仰角θ_d與多徑仰角θ_s滿足θ_d≈-θ_s，直達波方位角與多徑方位角滿足

忽略時延對包絡的影響，在窄帶信號條件下得到如下關系式：

利用上式將步驟1.2中的基頻回波整理為：

其中，表示多徑衰減系數。