CN105005040A - 一种雷达测角的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达测角的方法，在雷达检测到目标后发射线性调频信号，该调频信号经过目标反射后，两根接收天线分别接收回波信号，得到回波信号，将发射信号作为参考信号，分别对两个回波信号进行去斜处理，即将参考信号与回波信号做差频处理，得到两个去斜处理后的信号，并对两个去斜处理后的信号进行共轭互相关运算，得到共轭互相关函数，估计出最高谱峰所在位置对应的频率值，根据频率值与两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差之间的线性关系，以及波程差与两根接收天线的间距之间的三角函数关系，计算得到目标的角度；本发明能减小测角误差，提高测角精度，测角结果不存在多值性问题。

Description

一种雷达测角的方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其是一种雷达测角的方法。

背景技术

测角是指测定目标的俯仰角和方位角，它是目标定向的重要组成部分。

传统比相法测角是利用两根天线所接收到的回波信号之间的相位差进行测角。图2为雷达采用传统比相法测角时接收天线的工作原理模拟图，两根接收天线之间相隔距离为d，这导致了回波信号到达两根接收天线的时间差。因此，两根接收天线分别接收到的回波信号存在波程差ΔR，也就是说，两个回波信号在相位上相差Δφ。设θ为待测角度，则可得出又由电磁波波长和相位关系可知，即因此，通过一个相位比较装置，可以得到两根接收天线分别接收到的回波信号的相位差Δφ，然后就可以计算出目标的角度信息。传统比相法测角主要存在两个缺点：一是当待测目标角度增大，测角误差也增大，为保证一定的测角精度，待测目标角度的范围有一定的限制；二是在测角范围内，当天线间距与雷达波长的比值增大到一定程度时，Δφ值可能超过2π，此时Δφ＝2πN+ψ，其中N为整数，ψ＜2π，而相位比较装置实际读数为ψ值。由于N值未知，因而真实的Δφ值不能确定，就会出现多值性问题。

发明内容

为了克服上述传统比相法测角的缺点，本发明的目的在于提供一种雷达测角的方法，能减小测角误差，提高测角精度，测角结果不存在多值性问题。

本发明一种雷达测角的方法，具体包括如下步骤：

步骤1、假设存在一个目标，雷达检测到该目标后，雷达发射线性调频信号S(t)：S(t)＝cos(2πf₀t+πkt²+φ₀)，其中，f₀为调频信号的初始频率，φ₀为调频信号的初相，k为调频信号的调频斜率：其中BW为线性调频信号的带宽，T为线性调频信号的持续时间；

步骤2、雷达发射的线性调频信号S(t)经过目标反射后，两根接收天线分别接收回波信号，得到回波信号R₁(t)和R₂(t)；

步骤3、将发射信号作为参考信号，分别对两个回波信号进行去斜处理，即将参考信号与回波信号做差频处理，得到两个去斜处理后的信号R_d1(t)和R_d2(t)：R_d1(t)＝R₁(t)·S^*(t)，R_d2(t)＝R₂(t)·S^*(t)，S^*(t)为S(t)的共轭信号；

步骤4、对两个去斜处理后的信号R_d1(t)和R_d2(t)进行共轭互相关运算，得到两个回波信号的共轭互相关函数C_θ(t)：

步骤5、对共轭互相关函数C_θ(t)做傅里叶变换，然后用频率估计方法估计出最高谱峰所在位置对应的频率值f_θ；

步骤6、由最高谱峰所在位置对应的频率值f_θ与两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差ΔR之间的线性关系，求出两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差ΔR：其中c表示光速，k表示调频斜率；

步骤7、由两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差ΔR与两根接收天线的间距d之间的三角函数关系，可以计算得到目标的角度θ′：其中d表示两根接收天线的间距。

本发明采用对接收到的两路雷达回波信号进行共轭互相关运算的处理方式，以降低噪声对信号的影响。由于待测目标角度大小不会影响本发明的精度，所以，可用本发明进行全方位测角，进一步为雷达测角范围的扩大提供支撑；另外，本发明通过共轭互相关运算得到的目标角度不存在模糊，因此测得的目标角度是唯一的。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是传统比相法测角的接收天线的工作原理模拟图；

图3是本发明中共轭互相关函数的频谱示意图。

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详述。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种雷达测角的方法，具体包括如下步骤：

步骤1、假设存在一个目标，目标由13个理想点目标组成，目标的真实角度为30°，目标与雷达之间的距离为2000m，目标相对雷达的径向速度为50m/s，信噪比SNR取10dB，雷达检测到该目标后，雷达发射线性上调频信号S(t)：S(t)＝cos(2πf₀t+πkt²+φ₀)，其中，f₀为调频信号的初始频率，取77GHz，φ₀为调频信号的初相，k为调频信号的调频斜率：其中BW为线性调频信号的带宽，取1GHz，T为线性调频信号的持续时间，取20us；

雷达发射的线性调频信号，既可以是上调频信号，也可以是下调频信号；

步骤2、调频信号S(t)经过目标反射后，两根接收天线分别接收回波信号，得到回波信号R₁(t)和R₂(t)，其中两根天线的间距为0.5m；

步骤3、将发射信号作为参考信号，分别对两个回波信号进行去斜处理，即将参考信号与回波信号做差频处理，得到两个去斜处理后的信号R_d1(t)和R_d2(t)：R_d1(t)＝R₁(t)·S^*(t)，R_d2(t)＝R₂(t)·S^*(t)，S^*(t)为S(t)的共轭信号；

步骤4、对两个去斜处理后的信号R_d1(t)和R_d2(t)进行共轭互相关运算，得到两个回波信号的共轭互相关函数C_θ(t)：

步骤5、对共轭互相关函数C_θ(t)做傅里叶变换，得到共轭互相关函数频谱，如图3所示，图3中的横坐标为频率，纵坐标为幅度，然后用牛顿迭代正弦波频率估计方法估计出最高谱峰所在位置对应的频率值f_θ，可得到f_θ为83393Hz；

步骤6、由最高谱峰所在位置对应的频率值f_θ与两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差ΔR之间的线性关系，求出两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差ΔR：其中c表示光速，k表示调频斜率，可得到ΔR为0.2502m；

步骤7、由两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差ΔR与两根接收天线的间距d之间的三角函数关系，可以计算得到目标的角度θ′：其中d表示两根接收天线的间距，可得到θ′为30.0053°。

以上所述，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种雷达测角的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、假设存在一个目标，雷达检测到该目标后，雷达发射线性调频信号S(t)：S(t)＝cos(2πf₀t+πkt²+φ₀)，其中，f₀为调频信号的初始频率，φ₀为调频信号的初相，k为调频信号的调频斜率：其中BW为线性调频信号的带宽，T为线性调频信号的持续时间；

步骤2、雷达发射的线性调频信号S(t)经过目标反射后，两根接收天线分别接收回波信号，得到回波信号R₁(t)和R₂(t)；

步骤3、将发射信号作为参考信号，分别对两个回波信号进行去斜处理，即将参考信号与回波信号做差频处理，得到两个去斜处理后的信号R_d1(t)和R_d2(t)：R_d1(t)＝R₁(t)·S^*(t)，R_d2(t)＝R₂(t)·S^*(t)，S^*(t)为S(t)的共轭信号；

步骤4、对两个去斜处理后的信号R_d1(t)和R_d2(t)进行共轭互相关运算，得到两个回波信号的共轭互相关函数

步骤5、对共轭互相关函数C_θ(t)做傅里叶变换，然后用频率估计方法估计出最高谱峰所在位置对应的频率值f_θ；

步骤6、由最高谱峰所在位置对应的频率值f_θ与两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差ΔR之间的线性关系，求出两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差ΔR：其中c表示光速，k表示调频斜率；

步骤7、由两根接收天线分别接收到的回波信号的波程差ΔR与两根接收天线的间距d之间的三角函数关系，可以计算得到目标的角度θ′：其中d表示两根接收天线的间距。