CN105445715A - 一种提高雷达测角范围的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高雷达测角范围的方法，假设只有一个目标，先通过门限检测，找到目标在频谱中的位置，通过比相法求得两个接收天线接收到的信号的相位差，然后根据测得的目标速度及目标靠近远离信息，来对测得的相角差进行修正，使得可以测量的角度范围扩大了一倍，最后根据建立的误差模型来对最终的结果进行误差补偿，提高测角的精度。

Description

一种提高雷达测角范围的方法
技术领域
本发明属于雷达测角领域，具体说是一种提高雷达测角范围的方法。
背景技术
测角即是测定目标的俯仰角和方位角，它是目标定向、精确制导的重要组成部分。现有的雷达测角算法很多，如比幅法、比相法、阵列扫描测角、单脉冲测角、超分辨测角等。比相法测角范围主要与天线间距、雷达信号频率有关，现有的测角范围较小，超出一定范围之后，测量的角度发生突变，需要进行一定的补偿。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种提高雷达测角范围的方法，本发明通过对当前测得的速度信息进行分析，当前周期数据的角度初始测量值与上一个周期数据的角度初始测量值进行对比，对发生模糊的角度初始测量值进行补偿，从而使得测角范围扩大了一倍。
为实现上述目的，本发明的技术方案是，一种提高雷达测角范围的方法，雷达波形为恒频波或者线性调频连续波，该方法是通过一个发射天线和两个接收天线实现的，具体步骤如下：
S1：设定系统参数，两个接收天线间距为d_jsjs，雷达信号中心频率为f0，对雷达信号进行fft变换的点数为N_FFT；
S2：当两个接收天线接收信号路程差大于等于雷达信号波长的1/N时，角度测量产生突变，通过角度补偿来得到真实的角度值；
S3：对两个接收天线的接收信号进行N_FFT点的fft变换，接收天线Ⅰ对应的频域信号为sig_fft1,接收天线Ⅱ对应的频域信号为sig_fft2；
S4：对步骤S3中的频域信号求模值，进行门限检测，判决出目标所在频谱的位置，接收天Ⅰ对应的位置为k1，接收天线Ⅱ对应的位置为k2；
S5：分别求取频域信号sig_fft1中k1位置的信号相位的正切值xw1、sig_fft2中k2位置的相位的正切值xw2、及其相位差值的正切值、相位差值的弧度值和当前的角度初始测量值；
S6：如当前计算得到的角度值是目标的第一个角度初始测量值jd_cs(1)，则记录当前角度初始测量值，并返回S3中继续执行，反之，开始计算当前的角度值jd(i),其中i为当前周期的标号；即该目标第i个周期的角度；
S7：根据S6中测得的角度信息和已知的速度及距离信息，查找误差模型对应的误差值，对当前角度测量值进行补偿，得到精确的角度值：
如当前角度测量值为jd(i)，距离和速度对应于误差模型中的R(i)和V(j)，则当前角度估算值为jd_gs(i)＝jd(i)+wcz(i,j)。其中jd_gs(i)即为所得到的角度值。
进一步的，接收天线Ⅰ位于接收天线Ⅱ和发射天线之间，以接收天线Ⅱ为坐标原点，接收天线Ⅱ的法线方向为y轴，接收天线Ⅰ与发射天线位于x轴的正半轴，建立坐标轴。
进一步的，步骤S2中N的范围为3-5。
进一步的，步骤S2中角度测量产生突变时的临界角为：
jd_linjie＝asin(λ/(4*d_jsjs))*180/π。
进一步的，步骤S5中的正切值xw1和xw2分别为：
xw1＝imag(sig_fft1(k1))/real(sig_fft1(k1))
xw2＝imag(sig_fft2(k2))/real(sig_fft1(k2))
进一步的，步骤S5中的相位差值的正切值xwc、相位差值的弧度值xwc_rad和当前的角度初始测量值jd_cs分别为：
xwc＝(xw1-xw2)/(1+xw1*xw2)
xwc_rad＝atan(xwc)
jd_cs＝asin(xwc_rad*λ/(2*π*d_jsjs))*180/π
其中λ＝c/f0，光速c＝3.0*108m/s。
进一步的，步骤S7中已知的速度为负时(即目标正在远离)，如当前的角度初始测量值jd_cs(i)的绝对值小于上一个周期数据的角度初始测量值jd_cs(i-1)，且当前的角度初始测量值的绝对值小于临界角度，则计算得到的角度值没有模糊，当前的角度值即为角度初始测量值jd(i)＝jd_cs(i)。
进一步的，如jd_cs(i)<0,则目标在坐标中x轴的左侧，jd(i)＝jd_cs(i)+2*jd_linjie；如果jd_cs(i)>＝0,则目标在坐标中x轴的右侧，jd(i)＝jd_cs(i)-2*jd_linjie。
进一步的，步骤S7中已知的速度为正时(即目标正在靠近)，如当前的角度初始测量值jd_cs(i)的绝对值大于上一个周期数据的角度初始测量值jd_cs(i-1)，且当前的角度初始测量值的绝对值小于临界角度，则计算得到的角度值没有模糊，当前的角度值即为角度初始测量值jd(i)＝jd_cs(i)。
进一步的，如jd_cs(i)<0,则目标在坐标中x轴的左侧，jd(i)＝jd_cs(i)+2*jd_linjie；如jd_cs(i)>＝0,则目标在坐标中x轴的右侧，jd(i)＝jd_cs(i)-2*jd_linjie；
作为更进一步的，如jd(i)-jd(i-1)的绝对值大于jd(i-1)-jd(i-2)的绝对值的N_tb倍，N_tb默认为3，则当前角度测量值发生突变，这是由于测得的角度值可能误差较大引起，此时，当前角度测量值jd(i)＝2*jd(i-1)-jd(i-2)。
本发明的有益效果在于：计算得到临界角度值，则当接收天线间距或者雷达信号中心频率变化时，均可以直接对比相法测得的角度进行补偿。通过对当前测得的速度信息进行分析，当前周期数据的角度初始测量值与上一个周期数据的角度初始测量值进行对比，对发生模糊的角度初始测量值进行补偿，从而使得测角范围扩大了一倍。通过建立误差模型，使得对发生模糊的角度初始测量值的补偿更加精确。
附图说明
本发明共有附图1幅：
图1为本发明的流程框图；
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1
一种提高雷达测角范围的方法，雷达波形为恒频波或者线性调频连续波，该方法是通过一个发射天线和两个接收天线实现的，接收天线Ⅰ位于接收天线Ⅱ和发射天线之间，以接收天线Ⅱ为坐标原点，接收天线Ⅱ的法线方向为y轴，接收天线Ⅰ与发射天线位于x轴的正半轴，建立坐标轴，如：目标角度为20°，指的是接收天线2到目标的方向矢量与接收天线2的法线方向夹角为20°，且目标位于坐标轴右侧。目标角度为-30°，指的是接收天线2到目标的方向矢量与接收天线2的法线方向夹角为30°，且目标位于坐标轴左侧。具体步骤如下：
S1：设定系统参数，两个接收天线间距为d_jsjs，雷达信号中心频率为f0，对雷达信号进行fft变换的点数为N_FFT；
S2：当两个接收天线接收信号路程差大于等于雷达信号波长的1/(3-5)时，角度测量产生突变，通过角度补偿来得到真实的角度值；角度测量产生突变时的临界角为：
jd_linjie＝asin(λ/(4*d_jsjs))*180/π
S3：对两个接收天线的接收信号进行N_FFT点的fft变换，接收天线Ⅰ对应的频域信号为sig_fft1,接收天线Ⅱ对应的频域信号为sig_fft2；
S4：对步骤S3中的频域信号求模值，进行门限检测，判决出目标所在频谱的位置，接收天Ⅰ对应的位置为k1，接收天线Ⅱ对应的位置为k2；
S5：分别求取频域信号sig_fft1中k1位置的信号相位的正切值xw1、sig_fft2中k2位置的相位的正切值xw2、及其相位差值的正切值、相位差值的弧度值和当前的角度初始测量值；
xw1＝imag(sig_fft1(k1))/real(sig_fft1(k1))
xw2＝imag(sig_fft2(k2))/real(sig_fft1(k2))
xwc＝(xw1-xw2)/(1+xw1*xw2)
xwc_rad＝atan(xwc)
jd_cs＝asin(xwc_rad*λ/(2*π*d_jsjs))*180/π
其中λ＝c/f0，光速c＝3.0*108m/s。
S6：如当前计算得到的角度值是目标的第一个角度初始测量值jd_cs(1)，则记录当前角度初始测量值，并返回S3中继续执行，反之，开始计算当前的角度值jd(i),其中i为当前周期的标号；即该目标第i个周期的角度；
S7：根据S6中测得的角度信息和已知的速度及距离信息，查找误差模型对应的误差值，对当前角度测量值进行补偿，得到精确的角度值：如当前角度测量值为jd(i)，距离和速度对应于误差模型中的R(i)和V(j)，则当前角度估算值为jd_gs(i)＝jd(i)+wcz(i,j)。其中jd_gs(i)即为所得到的角度值。
步骤S7中已知的速度为负时(即目标正在远离)，如当前的角度初始测量值jd_cs(i)的绝对值小于上一个周期数据的角度初始测量值jd_cs(i-1)，且当前的角度初始测量值的绝对值小于临界角度，则计算得到的角度值没有模糊，当前的角度值即为角度初始测量值jd(i)＝jd_cs(i)；如jd_cs(i)<0,则目标在坐标中x轴的左侧，jd(i)＝jd_cs(i)+2*jd_linjie；如果jd_cs(i)>＝0,则目标在坐标中x轴的右侧，jd(i)＝jd_cs(i)-2*jd_linjie。
步骤S7中已知的速度为正时(即目标正在靠近)，如当前的角度初始测量值jd_cs(i)的绝对值大于上一个周期数据的角度初始测量值jd_cs(i-1)，且当前的角度初始测量值的绝对值小于临界角度，则计算得到的角度值没有模糊，当前的角度值即为角度初始测量值jd(i)＝jd_cs(i)。如jd_cs(i)<0,则目标在坐标中x轴的左侧，jd(i)＝jd_cs(i)+2*jd_linjie；如jd_cs(i)>＝0,则目标在坐标中x轴的右侧，jd(i)＝jd_cs(i)-2*jd_linjie；
如jd(i)-jd(i-1)的绝对值大于jd(i-1)-jd(i-2)的绝对值的N_tb倍，N_tb默认为3，则当前角度测量值发生突变，这是由于测得的角度值可能误差较大引起，此时，当前角度测量值jd(i)＝2*jd(i-1)-jd(i-2)。
给定目标角度，仿真在不同距离不同角度情况下通过本方案测得的角度，以此作为本方案测得的角度与实际角度的理论误差值，以便在实际测量时对角度值进行补偿。假设角度为jd1，误差值矩阵为wcz(i，j)，i，j分别为对应的标号。如下表所示：
其中R(1)为最小测量距离，R(N)为最大测量距离,V(1)为最小测量速度，V(M)为最大测量速度。假设距离分辨率为R_fb,速度分辨率为V_fb,测距范围Rmin～Rmax，测速范围Vmin～Vmax，则
N＝(Rmax-Rmin)/R_fb+1
。
M＝(Vmax-Vmin)/V_fb+1
本发明通过临界角度值和对当前速度信息及当前周期与上一个周期测得的角度初始测量值的对比，对测得的角度初始值进行补偿。误差模型的使用，使得发生模糊的角度测量值的误差在理论上达到最小。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高雷达测角范围的方法，其特征在于，该方法是通过一个发射天线和两个接收天线实现的，具体步骤如下：
S1：设定系统参数，两个接收天线间距为d_jsjs，雷达信号中心频率为f0，对雷达信号进行fft变换的点数为N_FFT；
S2：当两个接收天线接收信号路程差大于等于雷达信号波长的1/N时，角度测量产生突变；
S3：对两个接收天线的接收信号进行N_FFT点的fft变换，接收天线Ⅰ对应的频域信号为sig_fft1,接收天线Ⅱ对应的频域信号为sig_fft2；
S4：对步骤S3中的频域信号求模值，进行门限检测，判决出目标所在频谱的位置，接收天Ⅰ对应的位置为k1，接收天线Ⅱ对应的位置为k2；
S5：分别求取频域信号sig_fft1中k1位置的信号相位的正切值xw1、sig_fft2中k2位置的相位的正切值xw2、及其相位差值的正切值、相位差值的弧度值和当前的角度初始测量值；
S6：如当前计算得到的角度值是目标的第一个角度初始测量值jd_cs(1)，则记录当前角度初始测量值，并返回S3中继续执行，反之，开始计算当前的角度值jd(i),其中i为当前周期的标号；
S7：根据S6中测得的角度信息和已知的速度及距离信息，查找误差模型对应的误差值，对当前角度测量值进行补偿，得到精确的角度值：
如当前角度测量值为jd(i)，距离和速度对应于误差模型中的R(i)和V(j)，则当前角度估算值为jd_gs(i)＝jd(i)+wcz(i,j)。其中jd_gs(i)即为所得到的角度值。
2.根据权利要求1所述的一种提高雷达测角范围的方法，其特征在于，接收天线Ⅰ位于接收天线Ⅱ和发射天线之间，以接收天线Ⅱ为坐标原点，接收天线Ⅱ的法线方向为y轴，接收天线Ⅰ与发射天线位于x轴的正半轴，建立坐标轴。
3.根据权利要求1所述的一种提高雷达测角范围的方法，其特征在于，步骤S2中N的范围为3-5。
4.根据权利要求3所述的一种提高雷达测角范围的方法，其特征在于，步骤S2中角度测量产生突变时的临界角为：
jd_linjie＝asin(λ/(4*d_jsjs))*180/π。
5.根据权利要求3所述的一种提高雷达测角范围的方法，其特征在于，步骤S5中的正切值xw1和xw2分别为：
xw1＝imag(sig_fft1(k1))/real(sig_fft1(k1))
xw2＝imag(sig_fft2(k2))/real(sig_fft1(k2))
步骤S5中的相位差值的正切值xwc、相位差值的弧度值xwc_rad和当前的角度初始测量值jd_cs分别为：
xwc＝(xw1-xw2)/(1+xw1*xw2)
xwc_rad＝atan(xwc)
jd_cs＝asin(xwc_rad*λ/(2*π*d_jsjs))*180/π
其中λ＝c/f0，光速c＝3.0*108m/s。
6.根据权利要求5所述的一种提高雷达测角范围的方法，其特征在于，步骤S7中已知的速度为负时，如当前的角度初始测量值jd_cs(i)的绝对值小于上一个周期数据的角度初始测量值jd_cs(i-1)，且当前的角度初始测量值的绝对值小于临界角度，则计算得到的角度值没有模糊，当前的角度值即为角度初始测量值jd(i)＝jd_cs(i)。
7.根据权利要求6所述的一种提高雷达测角范围的方法，其特征在于，如jd_cs(i)<0,则目标在坐标中x轴的左侧，jd(i)＝jd_cs(i)+2*jd_linjie；如果jd_cs(i)>＝0,则目标在坐标中x轴的右侧，jd(i)＝jd_cs(i)-2*jd_linjie。
8.根据权利要求1所述的一种提高雷达测角范围的方法，其特征在于：步骤S7中已知的速度为正时，如当前的角度初始测量值jd_cs(i)的绝对值大于上一个周期数据的角度初始测量值jd_cs(i-1)，且当前的角度初始测量值的绝对值小于临界角度，则计算得到的角度值没有模糊，当前的角度值即为角度初始测量值jd(i)＝jd_cs(i)。
9.根据权利要求8所述的一种提高雷达测角范围的方法，其特征在于：如jd_cs(i)<0,则目标在坐标中x轴的左侧，jd(i)＝jd_cs(i)+2*jd_linjie；如jd_cs(i)>＝0,则目标在坐标中x轴的右侧，jd(i)＝jd_cs(i)-2*jd_linjie。
10.根据权利要求6或8所述的一种提高雷达测角范围的方法，其特征在于：如jd(i)-jd(i-1)的绝对值大于jd(i-1)-jd(i-2)的绝对值的N_tb倍时，当前角度测量值jd(i)＝2*jd(i-1)-jd(i-2)。
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