CN108303686B - 一种外辐射源雷达测向方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外辐射源雷达测向方法及系统。该测向方法包括：获取接收机绕转动中心转动的轨迹函数，所述接收机绕转动中心螺旋转动；根据所述轨迹函数，确定待测目标的斜距历程函数，所述斜距历程函数为外辐射源信号经过所述待测目标到达接收机经过的历程函数；根据所述斜距历程确定回波信号；构建待测目标识别区域的信号识别矩阵；根据所述回波信号和所述信号识别矩阵获取待测目标的方位角。采用本发明的测向方法及系统，能够抑制旁瓣，提升测向效果，并且减小3dB宽度，提升测向性能。

Description

一种外辐射源雷达测向方法及系统

技术领域

本发明涉及雷达测向领域，特别是涉及一种外辐射源雷达测向方法及系统。

背景技术

目前传统的雷达测向方法一般情况下需要采用大孔径天线或者长阵列天线，测向系统的制造成本和使用成本较高，而且占地面积大，布站不便。另外，传统的雷达测向系统要主动发射电磁波照射目标，容易被敌方察觉，遭受火力打击。

近期出现一种新颖的外辐射源雷达测向系统，该系统中接收机绕着转动中心做匀速圆周运动，其方位分辨率为0.36λ/r，其中r为接收机转动半径。该测向系统的结构简单，分辨性能较好。但是该系统的理论峰值旁瓣比为-7.9dB，过高的旁瓣会淹没弱散射点的主瓣，造成目标丢失，其结果的可读性较差，导致测向的结果不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种外辐射源雷达测向方法及系统，以提高测向的准确度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种外辐射源雷达测向方法，所述测向方法包括：

获取接收机绕转动中心转动的轨迹函数，所述接收机绕转动中心螺旋转动；

根据所述轨迹函数，确定待测目标的斜距历程函数，所述斜距历程函数为外辐射源信号经过所述待测目标到达接收机经过的历程函数；

根据所述斜距历程确定回波信号；

构建待测目标识别区域的信号识别矩阵；

根据所述回波信号和所述信号识别矩阵获取待测目标的方位角。

可选的，所述获取接收机绕转动中心转动的轨迹函数，具体包括：

获取所述接收机的转动半径为r(t)＝r₀+vt，其中r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度；

确定接收机的位置坐标(x_r(t),y_r(t))，

其中θ(t)为所述接收机的方位角，θ(t)＝ωt，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间。

可选的，所述根据所述轨迹函数，确定待测目标的斜距历程函数，具体包括：

获取待测目标的斜距历程函数R(t)＝R_T+R_R(t)，其中R(t)表示待测目标的斜距历程，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R_R(t)为待测目标到接收机的距离；

根据所述轨迹函数，确定所述待测目标的斜距历程函数为：R(t)＝R_T+R₀-(r₀+vt)cos(ωt-α)，其中R₀为待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，α为待测目标的方位角。

可选的，所述根据所述斜距历程确定回波信号，具体包括：

获取外辐射源信号f(t)＝exp{j2πft}；其中，f(t)为外辐射源信号，exp{j……}为复数的指数形式，f为所述外辐射源信号的频率，t表示接收机接收信号的时间；

根据所述外辐射源信号和所述待测目标的斜距历程函数确定待测目标的初始回波信号为：

其中，g(t)为待测目标的初始回波信号，σ为待测目标的散射强度，R(t)表示所述待测目标的斜距历程，C表示光速，λ表示外辐射源信号的波长，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R₀是待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，ωt＝θ是接收机转动的角度，α为待测目标方位角；

对所述初始回波信号解调并离散采样后，获得处理后的回波信号：

其中，g(m)为待测目标的处理后的回波信号，m表示第m次采样，m＝1,2,…,M，M为在成像过程中总采样次数，M为偶数，

Δt为系统采样的时间步长；

对所述处理后的回波信号进行分解、重构，获得重构后的回波信号为：

其中g(i,n)为重构后的回波信号，i＝1,2，

中间变量

中间变量

可选的，所述构建待测目标识别区域的信号识别矩阵，具体包括：

构建待测目标识别区域的信号识别矩阵为：

其中，i＝1,2，

k＝1,2,…,K，其中Δα为遍历步长，共遍历K次。

可选的，所述根据所述回波信号和所述信号识别矩阵获取待测目标的方位角，具体包括：

确定待测目标的测向预处理矩阵：

其中F(i,k)为所述测向预处理矩阵，g(i,n)为回波信号，G(i,n,k)为所述信号识别矩阵，G^*(i,n,k)为G(i,n,k)的共轭矩阵；式中，i＝1,2，

k＝1,2,…,K，M为在成像过程中总采样次数，Δt为系统采样的时间步长，K为遍历总次数；

确定待测目标的位置函数：F(k)＝F(1,k).*F(2,k)；

确定所述待测目标的位置函数F(k)的峰值；

根据所述待测目标的位置函数F(k)的峰值对应的k值，确定待测目标的方位角为kΔα，其中Δα为遍历步长。

一种外辐射源雷达测向系统，所述测向系统包括：

接收机绕转动中心转动的轨迹函数获取模块，用于获取接收机绕转动中心转动的轨迹函数，所述接收机绕转动中心螺旋转动；

待测目标的斜距历程函数确定模块，用于根据所述轨迹函数，确定待测目标的斜距历程函数，所述斜距历程函数为外辐射源信号经过所述待测目标到达接收机经过的历程函数；

回波信号确定模块，用于根据所述斜距历程确定回波信号；

信号识别矩阵构建模块，用于构建待测目标识别区域的信号识别矩阵；

待测目标方位角获取模块，用于根据所述回波信号和所述信号识别矩阵获取待测目标的方位角。

可选的，所述待测目标的斜距历程函数确定模块，具体包括：

斜距历程函数表达式获取单元，用于获取待测目标的斜距历程函数表达式R(t)＝R_T+R_R(t)，其中R(t)表示待测目标的斜距历程，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R_R(t)为待测目标到接收机的距离；

待测目标的斜距历程函数确定单元，用于根据所述轨迹函数，确定所述待测目标的斜距历程函数为：R(t)＝R_T+R₀-(r₀+vt)cos(ωt-α)，其中R₀为待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，α为待测目标的方位角。

可选的，所述回波信号确定模块，具体包括：

外辐射源信号获取单元，用于获取外辐射源信号f(t)＝exp{j2πft}；其中，f(t)为外辐射源信号，exp{j……}为复数的指数形式，f为所述外辐射源信号的频率，t表示接收机接收信号的时间；

初始回波信号确定单元，根据所述外辐射源信号和所述待测目标的斜距历程函数确定待测目标的初始回波信号为：

其中，g(t)为待测目标的初始回波信号，σ为待测目标的散射强度，R(t)表示所述待测目标的斜距历程，C表示光速，λ表示外辐射源信号的波长，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R₀是待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，ωt＝θ是接收机转动的角度，α为待测目标方位角；

处理后的回波信号获取单元，用于对所述初始回波信号解调并离散采样后，获得处理后的回波信号：

其中，g(m)为待测目标的处理后的回波信号，m表示第m次采样，m＝1,2,…,M，M为在成像过程中总采样次数，M为偶数，

Δt为系统采样的时间步长；

重构后的回波信号获取单元，用于对所述处理后的回波信号进行分解、重构，获得重构后的回波信号为：

其中g(i,n)为重构后的回波信号，i＝1,2，

中间变量

中间变量

可选的，所述待测目标方位角获取模块，具体包括：

测向预处理矩阵确定单元，用于确定待测目标的测向预处理矩阵：

其中F(i,k)为所述测向预处理矩阵，g(i,n)为回波信号，G(i,n,k)为所述信号识别矩阵，G^*(i,n,k)为G(i,n,k)的共轭矩阵；式中，i＝1,2，

k＝1,2,…,K，M为在成像过程中总采样次数，Δt为系统采样的时间步长，K为遍历总次数；

待测目标的位置函数确定单元，用于确定待测目标的位置函数：F(k)＝F(1,k).*F(2,k)；

峰值确定单元，用于确定所述待测目标的位置函数F(k)的峰值；

待测目标的方位角确定单元，用于根据所述待测目标的位置函数F(k)的峰值对应的k值，确定待测目标的方位角为kΔα，其中Δα为遍历步长。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

针对现有技术中外辐射源雷达测向旁瓣较高的问题，本发明从两个方面进行了改进：第一，现有的圆形扫描的接收机转动一周后，接收机接收回波数据完毕，再转动属于重复接收，所以其最大有效转动角度为2πrad。本发明接收机扫描采用螺旋扫描，其有效转动角度突破了2πrad，有效数据得到增加。通过处理不同半径上的有效回波数据，能够抑制旁瓣，提升测向效果。而且相比于现有的实孔径雷达或者阵列天线测向系统，减小了测向系统的占地面积，方便布站。第二，为了进一步抑制旁瓣，本发明将接收的回波数据进行了分解，分别进行测向，接收机转动半径的不同会使两个测向结果的旁瓣位置以及3dB宽度不同，然后将两个测向结果进行合成，可以进一步抑制其旁瓣高度，并且减小3dB宽度，提升测向性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明外辐射源雷达测向方法的流程示意图；

图2为本发明外辐射源雷达测向系统的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式中接收机与待测目标和外辐射源的位置关系示意图；

图4为采用本发明的方法及系统进行第一次仿真对单目标采用三种测向方法的结果对比图；

图5为第二次仿真中采用本发明的方法及系统得到的测向结果示意图；

图6为第二次仿真中未做信号分解的测向结果示意图；

图7为第二次仿真中采用圆形扫描方法得到的测向结果示意图；

图8为采用本发明的方法及系统进行第三次仿真的分辨结果示意图；

图9为采用本发明的方法及系统进行第四次仿真的分辨结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明外辐射源雷达测向方法的流程示意图。如图1所示，所述测向方法包括：

步骤100：获取接收机绕转动中心转动的轨迹函数。所述接收机绕转动中心螺旋转动，在转动过程中，其半径不断增加。以转动中心为坐标原点建立直角坐标系。在t时刻，接收机的转动半径为r(t)＝r₀+vt，其中r₀为接收机转动的初始半径，而v为接收机转动半径的增长速度，其方位角为θ(t)＝ωt，其中ω为其转动角速度，其坐标为(x_r(t),y_r(t))，则有：

据此，便可以得到接收机转动的轨迹函数。

步骤200：根据所述轨迹函数，确定待测目标的斜距历程函数。所述斜距历程函数为外辐射源信号经过所述待测目标到达接收机经过的历程函数。

设监测区域内任一待测目标的坐标为(x₀,y₀)，采用的外辐射源位于(x_T,y_T)，外辐射源到待测目标距离为R_T，目标到接收机和坐标原点距离分别为R_R(t)和R₀，则有：

可以看出，对同一个目标而言，在测向过程中，R_T、R₀为常数。

一般情况下，接收机到目标距离远大于接收机转动半径，则有：

所以，该待测目标的斜距历程函数为：

其中α为待测目标的方位角。

步骤300：根据所述斜距历程确定回波信号。确定回波信号主要包括以下几个步骤：

(1)获取外辐射源信号。外辐射源信号通常带宽较小，设定其为f(t)＝exp{j2πft}；其中，f(t)为外辐射源信号，exp{j……}为复数的指数形式，f为所述外辐射源信号的频率，t表示接收机接收信号的时间。

(2)根据所述外辐射源信号和所述待测目标的斜距历程函数确定待测目标的初始回波信号为：

(3将上式解调并离散采样，得到处理后的回波信号为：

(4)为了进一步抑制旁瓣，将处理后的回波信号分解，将g(m)分解为两部分，并重新构建g(i,n)：

其中

此步骤将处理后的回波信号分解为前后等长的两部分，然后将其组成一个2*0.5M的二维矩阵。实际上是将步骤(3)中的g(m)做了一个变维处理，把一个1*M的行向量变维为2*0.5M的二维矩阵。

参数解释：g(t)为待测目标的初始回波信号，σ为待测目标的散射强度，R(t)表示所述待测目标的斜距历程，C表示光速，λ表示外辐射源信号的波长，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R₀是待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，ωt＝θ是接收机转动的角度，α为待测目标方位角；g(m)为待测目标的处理后的回波信号，m表示第m次采样，m＝1,2,…,M，M为在成像过程中总采样次数，M为偶数，

Δt为系统采样的时间步长。

步骤400：构建待测目标识别区域的信号识别矩阵。在(0rad，2πrad]区间对待测目标的可能方位进行遍历，构建待测目标识别区域的信号识别矩阵为：

其中，i＝1,2，

k＝1,2,…,K，Δα为遍历步长，共遍历K次。

步骤500：根据所述回波信号和所述信号识别矩阵获取待测目标的方位角。具体包括：

(1)确定待测目标的测向预处理矩阵：

具体将上述函数式代入后可以推导：

其中F(i,k)为所述测向预处理矩阵，g(i,n)为回波信号，G(i,n,k)为所述信号识别矩阵，G^*(i,n,k)为G(i,n,k)的共轭矩阵；式中，i＝1,2，

k＝1,2,…,K，M为在成像过程中总采样次数，Δt为系统采样的时间步长，K为遍历总次数。

(2)确定待测目标的位置函数：F(k)＝F(1,k).*F(2,k)。此运算中的.*表示F(1,k)与F(2,k)的Schur积运算。将测向预处理矩阵第一行和第二行的Schur积作为待测目标的位置函数。Schur积，是指两个维数相同的矩阵或者向量，位置相同的元素做对位相乘，得到一个同样维数的矩阵或者向量的计算方式。

(3)确定所述待测目标的位置函数F(k)的峰值。

(4)根据所述待测目标的位置函数F(k)的峰值对应的k值，确定待测目标的方位角为kΔα，其中Δα为遍历步长。例如在k＝L处，F(k)取得峰值F(L)，那么此时确定待测目标的方位角为LΔα。

本发明为了进一步抑制旁瓣，将接收的回波数据进行了分解(步骤400)，分别进行测向(步骤500中的(1)步骤)，接收机转动半径的不同会使两个测向结果的旁瓣位置以及3dB宽度不同，然后将两个测向结果进行合成(步骤500的(2)步骤)，可以进一步抑制其旁瓣高度，并且减小3dB宽度，提升测向性能。

图2为本发明外辐射源雷达测向系统的结构示意图。如图2所示，所述测向系统包括：

接收机绕转动中心转动的轨迹函数获取模块201，用于获取接收机绕转动中心转动的轨迹函数，所述接收机绕转动中心螺旋转动；

待测目标的斜距历程函数确定模块202，用于根据所述轨迹函数，确定待测目标的斜距历程函数，所述斜距历程函数为外辐射源信号经过所述待测目标到达接收机经过的历程函数；

回波信号确定模块203，用于根据所述斜距历程确定回波信号；

信号识别矩阵构建模块204，用于构建待测目标识别区域的信号识别矩阵；

待测目标方位角获取模块205，用于根据所述回波信号和所述信号识别矩阵获取待测目标的方位角。

其中，所述待测目标的斜距历程函数确定模块202，具体包括：

斜距历程函数表达式获取单元，用于获取待测目标的斜距历程函数表达式R(t)＝R_T+R_R(t)，其中R(t)表示待测目标的斜距历程，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R_R(t)为待测目标到接收机的距离；

待测目标的斜距历程函数确定单元，用于根据所述轨迹函数，确定所述待测目标的斜距历程函数为：R(t)＝R_T+R₀-(r₀+vt)cos(ωt-α)，其中R₀为待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，α为待测目标的方位角。

所述回波信号确定模块203，具体包括：

外辐射源信号获取单元，用于获取外辐射源信号f(t)＝exp{j2πft}；其中，f(t)为外辐射源信号，exp{j……}为复数的指数形式，f为所述外辐射源信号的频率，t表示接收机接收信号的时间；

初始回波信号确定单元，根据所述外辐射源信号和所述待测目标的斜距历程函数确定待测目标的初始回波信号为：

其中，g(t)为待测目标的初始回波信号，σ为待测目标的散射强度，R(t)表示所述待测目标的斜距历程，C表示光速，λ表示外辐射源信号的波长，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R₀是待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，ωt＝θ是接收机转动的角度，α为待测目标方位角；

处理后的回波信号获取单元，用于对所述初始回波信号解调并离散采样后，获得处理后的回波信号：

其中，g(m)为待测目标的处理后的回波信号，m表示第m次采样，m＝1,2,…,M，M为在成像过程中总采样次数，M为偶数，

Δt为系统采样的时间步长；

重构后的回波信号获取单元，用于对所述处理后的回波信号进行分解、重构，获得重构后的回波信号为：

其中g(i,n)为重构后的回波信号，i＝1,2，

中间变量

中间变量

所述待测目标方位角获取模块205，具体包括：

测向预处理矩阵确定单元，用于确定待测目标的测向预处理矩阵：

其中F(i,k)为所述测向预处理矩阵，g(i,n)为回波信号，G(i,n,k)为所述信号识别矩阵，G^*(i,n,k)为G(i,n,k)的共轭矩阵；式中，i＝1,2，

k＝1,2,…,K，M为在成像过程中总采样次数，Δt为系统采样的时间步长，K为遍历总次数；

待测目标的位置函数确定单元，用于确定待测目标的位置函数：F(k)＝F(1,k).*F(2,k)；

峰值确定单元，用于确定所述待测目标的位置函数F(k)的峰值；

待测目标的方位角确定单元，用于根据所述待测目标的位置函数F(k)的峰值对应的k值，确定待测目标的方位角为kΔα，其中Δα为遍历步长。

下面以一个具体实施方式来说明本发明的方案，如图3所示，图3为本发明具体实施方式中接收机与待测目标和外辐射源的位置关系示意图。具体测向过程如下：

步骤1：确定接收机绕转动中心做螺旋转动的轨迹函数。

步骤2：确定任一待测目标的斜距历程函数。监测区域内任一待测的固定目标坐标为(x₀,y₀)，采用的外辐射源位于(x_T,y_T)，外辐射源到目标距离为R_T，目标到接收机和坐标原点距离分别为R_R(t)和R₀，则有：

可以看出，对同一个目标而言，在测向过程中，R_T、R₀为常数，因此对测向而言，属于无用信息。

一般情况下，接收机到目标距离远大于接收机转动半径，则有：

所以，该目标的斜距历程为：

R(t)＝R_T+R_R(t)

＝R_T+R₀-(r₀+vt)cos(ωt-α)

步骤3：推导解调后回波信号的离散形式。

所用外辐射源信号通常带宽较小，假设其为单频连续波信号：

f(t)＝exp{j2πft}

则目标回波信号为：

将上式解调并离散采样，其回波信号为：

上式中σ为目标散射强度，λ是系统所采用外辐射源信号波长，C为光速，Δt为时间采样步长，而vΔt则为接收机转动半径增长步长，ωΔt为接收机方位角增加步长，共采样M次，为了下面处理方便，M应为偶数。

步骤4：为了进一步抑制旁瓣，下面将回波信号分解：

其中

步骤5：根据步骤3中回波信号形式，在(0rad，2πrad]区间对目标可能方位进行遍历，构造目标识别区域的信号识别矩阵：

其中Δα为遍历步长，共遍历K次，

步骤6：求测向预处理矩阵：

上式中G^*(i,n,k)为G(i,n,k)的共轭矩阵。

由上式可知，当kΔα＝α，也即k＝α/Δα时，F(1,k)和F(2,k)均为最大值

可以根据该峰值位置确定目标方向。

步骤7：由于转动半径不同，步骤6中F(1,k)和F(2,k)的旁瓣位置以及其3dB宽度不同，通过求二者的Schur积，可进一步抑制旁瓣，并且可以减小3dB宽度：

F(k)＝F(1,k).*F(2,k)

那么，当F(k)取得峰值时，即可求得待测目标的方位角为kΔα。

进一步的，本发明的效果通过以下仿真实验进一步说明。

仿真条件：外辐射源坐标假设为(10000m,12000m)。接收机转动的初始半径为r₀＝2m，半径增长速度为v＝2m/s，角速度为ω＝πrad/s，转动总时长为10s，信号采样步长为0.001s，不失一般性，仿真中目标散射系数均为1。

第一次仿真：在上述仿真条件基础上，使用信号频率为50MHz的民用外辐射源，对位于(-5000m,0m)的固定目标使用本发明所提方法、未做信号分解方法(也即将所有信号统一处理，不进行本发明具体实施方式中的步骤4和步骤7)、圆形扫描(接收机转动半径为22m，也是螺旋扫描的最大半径)三种方法进行测向。目标所在方位角为πrad。仿真结果如图4所示，图4为采用本发明的方法及系统进行第一次仿真对单目标采用三种测向方法的结果对比图。三种方法的分辨率分别为0.11rad、0.14rad、0.10rad，最大旁瓣分别为-16.7dB、-16.4dB、-7.9dB。可以看出，与圆形扫描相比，本发明将旁瓣压低了8.9dB，使测向结果的可读性大大增加。因为在本仿真中螺旋扫描的转动半径最大为圆形扫描的转动半径，也即只有最后时刻才与圆形扫描半径相等，所以本发明的分辨率较圆形扫描略低。与未做信号分解相比，本发明在分辨率和旁瓣抑制方面的效果均得到优化。

第二次仿真：在观测区域内存在15个随机固定目标，到坐标原点的距离均大于5000m，采用信号频率为300MHz的民用外辐射源。仍然采用第一次仿真中的三种方法进行测向，图5为第二次仿真中采用本发明的方法及系统得到的测向结果示意图，图6为第二次仿真中未做信号分解的测向结果示意图，图7为第二次仿真中采用圆形扫描方法得到的测向结果示意图，其中“o”表示目标所在方位角。可以看出，图5、图6均准确对目标测向，但是图5分辨率更好，而且其测向结果旁瓣更低，效果最好。图7虽然分辨率较高，但是其旁瓣很高，甚至将个别目标主瓣淹没，导致弱目标丢失。

第三次仿真：对第一次仿真中的固定目标利用本发明所提方法测向，采用的外辐射源频率为10MHz、30MHz、70MHz，其仿真结果如图8所示，图8为采用本发明的方法及系统进行第三次仿真的分辨结果示意图。从图8可以看出，测向分辨性能随着外辐射源信号频率的升高而升高。

第四次仿真：对第一次仿真中的固定目标利用本发明所提方法测向，外辐射源信号频率为50MHz，接收机转动时间当外辐射源频率分别为50MHz、100MHz、300MHz时，在前面的仿真条件基础上，其接收机转动总时长分别为5s、10s、15s，所以接收机转动最大半径分别为12m、22m、32m，其仿真结果如图9所示，图9为采用本发明的方法及系统进行第四次仿真的分辨结果示意图。图9表明，测向分辨性能随着接收机最大转动半径的增加而提升。

综上所述，本发明采用螺旋扫描以增加接收机的有效转动角度，并且通过将回波信号分解为两部分分别测向，再将测向结果综合，有效的抑制了旁瓣高度，改善了外辐射源雷达测向性能。通过增加接收机转动半径、采用高频外辐射源信号，则可以进一步提升其分辨性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种外辐射源雷达测向方法，其特征在于，所述测向方法包括：

获取接收机绕转动中心转动的轨迹函数，所述接收机绕转动中心螺旋转动；

根据所述轨迹函数，确定待测目标的斜距历程函数，所述斜距历程函数为外辐射源信号经过所述待测目标到达接收机经过的历程函数；

根据所述斜距历程确定回波信号；具体包括：获取外辐射源信号f(t)＝exp{j2πft}；其中，f(t)为外辐射源信号，exp{j……}为复数的指数形式，f为所述外辐射源信号的频率，t表示接收机接收信号的时间；根据所述外辐射源信号和所述待测目标的斜距历程函数确定待测目标的初始回波信号为：

其中，g(t)为待测目标的初始回波信号，σ为待测目标的散射强度，R(t)表示所述待测目标的斜距历程，C表示光速，λ表示外辐射源信号的波长，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R₀是待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，ωt＝θ是接收机转动的角度，α为待测目标方位角；对所述初始回波信号解调并离散采样后，获得处理后的回波信号：

其中，g(m)为待测目标处理后的回波信号，m表示第m次采样，m＝1,2,…,M，M为在成像过程中总采样次数，M为偶数，

Δt为系统采样的时间步长；对所述处理后的回波信号进行分解、重构，获得重构后的回波信号为：

其中g(i,n)为重构后的回波信号，i＝1,2，

中间变量

中间变量

构建待测目标识别区域的信号识别矩阵；

根据所述回波信号和所述信号识别矩阵获取待测目标的方位角。

2.根据权利要求1所述的测向方法，其特征在于，所述获取接收机绕转动中心转动的轨迹函数，具体包括：

获取所述接收机的转动半径为r(t)＝r₀+vt，其中r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度；

确定接收机的位置坐标(x_r(t),y_r(t))，

其中θ(t)为所述接收机的方位角，θ(t)＝ωt，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间。

3.根据权利要求1所述的测向方法，其特征在于，所述根据所述轨迹函数，确定待测目标的斜距历程函数，具体包括：

获取待测目标的斜距历程函数R(t)＝R_T+R_R(t)，其中R(t)表示待测目标的斜距历程，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R_R(t)为待测目标到接收机的距离；

根据所述轨迹函数，确定所述待测目标的斜距历程函数为：R(t)＝R_T+R₀-(r₀+vt)cos(ωt-α)，其中R₀为待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，α为待测目标的方位角。

4.根据权利要求3所述的测向方法，其特征在于，所述构建待测目标识别区域的信号识别矩阵，具体包括：

构建待测目标识别区域的信号识别矩阵为：

其中，i＝1,2，

k＝1,2,…,K，其中Δα为遍历步长，共遍历K次。

5.根据权利要求1所述的测向方法，其特征在于，所述根据所述回波信号和所述信号识别矩阵获取待测目标的方位角，具体包括：

确定待测目标的测向预处理矩阵：

其中F(i,k)为所述测向预处理矩阵，g(i,n)为回波信号，G(i,n,k)为所述信号识别矩阵，G^*(i,n,k)为G(i,n,k)的共轭矩阵；式中，i＝1,2，

k＝1,2,…,K，M为在成像过程中总采样次数，Δt为系统采样的时间步长，K为遍历总次数；

确定待测目标的位置函数：F(k)＝F(1,k).*F(2,k)；.*表示F(1,k)与F(2,k)的Schur积运算；

确定所述待测目标的位置函数F(k)的峰值；

根据所述待测目标的位置函数F(k)的峰值对应的k值，确定待测目标的方位角为kΔα，其中Δα为遍历步长。

6.一种外辐射源雷达测向系统，其特征在于，所述测向系统包括：

接收机绕转动中心转动的轨迹函数获取模块，用于获取接收机绕转动中心转动的轨迹函数，所述接收机绕转动中心螺旋转动；

待测目标的斜距历程函数确定模块，用于根据所述轨迹函数，确定待测目标的斜距历程函数，所述斜距历程函数为外辐射源信号经过所述待测目标到达接收机经过的历程函数；

回波信号确定模块，用于根据所述斜距历程确定回波信号；具体包括：外辐射源信号获取单元，用于获取外辐射源信号f(t)＝exp{j2πft}；其中，f(t)为外辐射源信号，exp{j……}为复数的指数形式，f为所述外辐射源信号的频率，t表示接收机接收信号的时间；初始回波信号确定单元，根据所述外辐射源信号和所述待测目标的斜距历程函数确定待测目标的初始回波信号为：

其中，g(t)为待测目标的初始回波信号，σ为待测目标的散射强度，R(t)表示所述待测目标的斜距历程，C表示光速，λ表示外辐射源信号的波长，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R₀是待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，ωt＝θ是接收机转动的角度，α为待测目标方位角；处理后的回波信号获取单元，用于对所述初始回波信号解调并离散采样后，获得处理后的回波信号：

其中，g(m)为待测目标处理后的回波信号，m表示第m次采样，m＝1,2,…,M，M为在成像过程中总采样次数，M为偶数，

Δt为系统采样的时间步长；重构后的回波信号获取单元，用于对所述处理后的回波信号进行分解、重构，获得重构后的回波信号为：

其中g(i,n)为重构后的回波信号，i＝1,2，

中间变量

中间变量

信号识别矩阵构建模块，用于构建待测目标识别区域的信号识别矩阵；

待测目标方位角获取模块，用于根据所述回波信号和所述信号识别矩阵获取待测目标的方位角。

7.根据权利要求6所述的测向系统，其特征在于，所述待测目标的斜距历程函数确定模块，具体包括：

斜距历程函数表达式获取单元，用于获取待测目标的斜距历程函数表达式R(t)＝R_T+R_R(t)，其中R(t)表示待测目标的斜距历程，R_T为待测目标与外辐射源之间的距离，R_R(t)为待测目标到接收机的距离；

待测目标的斜距历程函数确定单元，用于根据所述轨迹函数，确定所述待测目标的斜距历程函数为：R(t)＝R_T+R₀-(r₀+vt)cos(ωt-α)，其中R₀为待测目标到转动中心的距离，r₀为接收机转动的初始半径，v为接收机转动半径的增长速度，ω为接收机转动的角速度，t为接收机转动的时间，α为待测目标的方位角。

8.根据权利要求6所述的测向系统，其特征在于，所述待测目标方位角获取模块，具体包括：

测向预处理矩阵确定单元，用于确定待测目标的测向预处理矩阵：

其中F(i,k)为所述测向预处理矩阵，g(i,n)为回波信号，G(i,n,k)为所述信号识别矩阵，G^*(i,n,k)为G(i,n,k)的共轭矩阵；所述信号识别矩阵为：

式中，i＝1,2，

k＝1,2,…,K，M为在成像过程中总采样次数，Δt为系统采样的时间步长，Δα为遍历步长，K为遍历总次数；

待测目标的位置函数确定单元，用于确定待测目标的位置函数：F(k)＝F(1,k).*F(2,k)；.*表示F(1,k)与F(2,k)的Schur积运算；

峰值确定单元，用于确定所述待测目标的位置函数F(k)的峰值；

待测目标的方位角确定单元，用于根据所述待测目标的位置函数F(k)的峰值对应的k值，确定待测目标的方位角为kΔα，其中Δα为遍历步长。

Images