[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

本發明屬于雷達技術領域，公開了一種適用于米波雷達的基于ADMM算法的米波面陣二維DOA估計方法。該算法首先通過二維波束合成對目標角度進行粗略估計，并根據得到的角度粗估計信息限定了目標角度范圍，減少了求解運算量。其次利用方位、俯仰角無耦合的特性，對面陣數據分別進行行、列波束合成，在提升信噪比的同時實現數據降維，提高了運算效率。并通過傅里葉插值的方式提取目標數據，最后利用ADMM算法進行方位、俯仰角估計，避免了二維聯合估計復雜的計算量，降低了復雜度。

技術領域

本發明涉及雷達技術領域，具體涉及一種基于ADMM的米波面陣雷達二維DOA估計方法，適用于米波面陣雷達對目標角度的測量，保證了測量精度的基礎上降低了計算復雜度，大大提高了運算效率。

背景技術

隨著隱身技術、低空突防和防輻射導彈等一系列反雷達技術的發展，已對現有雷達技術的發展提出了嚴峻的挑戰。米波雷達具有波長較長，穿透能力強的特點，在反隱身和抗輻射導彈等方面具有獨特的優勢，因此受到世界各國的廣泛重視。隨著應用需求的不斷提升，現代米波雷達應具有高精度測距和二維測角能力。然而，米波雷達在對低空、超低空目標進行探測時，雷達接收回波信號不僅包括由目標散射的直達波信號，而且還存在經地面反射的多徑信號。因此，米波雷達在對低仰角目標的探測和測量問題上存在一些亟待解決的問題，如：(1)直達波和多徑信號通常位于同一距離單元，難以從時域、頻域進行分辨。(2)由于波束寬，直達波和多徑反射波處于同一波束寬度甚至半波束寬度內，且為一組強相關信號，嚴重影響了米波雷達測角精度。(3)米波雷達帶寬較窄，距離單元一般在百米量級，距離測量精度進一步影響了雷達測高性能。

近年來，眾多國內外學者對米波低仰角DOA問題展開大量研究。現有低仰角DOA方法主要分為特征子空間類算法、最大似然(Maximum Likelihood,ML)類算法和壓縮感知類算法。低仰角特征子空間類算法主要是以多重信號分類(Multiple SignalClassification,MUSIC)和旋轉不變子空間(Estimation of Signal Parameter viaRotational Invariance Technique,ESPRIT)為框架的求解方法。由于MUSIC算法較ESPRIT算法有更高穩定性和角分辨率，因此受到研發者的青睞。文獻“一種改進的空間平滑算法[J].電子與信息學報,2008(04):101-104.”采用空間平滑(Spatial Smoothing，SS)技術恢復協方差矩陣的秩實現解相干，但有效孔徑的缺失將會導致算法估計性能的下降，使得該類算法難以滿足米波雷達實際應用需求。文獻“Projection Techniques for AltitudeEstimation Over Complex Multipath”將交替投影(Alternating Projection)技術與MUSIC算法相結合，利用先驗信息可實現低仰角估計，但由于其代價函數是一個非凸的優化問題，不總能保證算法收斂到全局最優解。ML類算法可直接處理相干信號，在低信噪比條件下也具有較好估計性能，但算法計算量隨著目標個數呈指數增長，運算量巨大，無法滿足實時性需求。壓縮感知類算法利用目標在空域的稀疏特性，可直接進行相干源DOA估計，且大多數稀疏重構類DOA估計方法，在少快拍、低信噪比條件下有更好的估計性能，但目前稀疏重構類算DOA估計算法通常運算量較大，如何在不降低算法精度的前提下降低算法計算量一直是該類算法的研究熱點。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于ADMM的米波面陣雷達的二維DOA估計方法，能夠克服傳統方法中計算復雜度大，運算效率低的缺點。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

基于ADMM的米波面陣二維DOA估計方法，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；