CN109061594B - 一种强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法 - Google Patents

一种强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法，属于雷达测试测量技术领域。所述方法包括：首先采用各子阵的自适应权值在雷达回波信号的各子阵里对杂波进行抑制，并获得了差通道数据与和通道数据的比值；其次，根据所述自适应权值计算鉴角曲线；最后，根据所述鉴角曲线及上述比值的对应关系对目标真实角度进行估计。本发明通过在子阵里对杂波进行抑制，并获得新的鉴角曲线，降低了强杂波对角度估计精度的不利影响，然后再进行目标角度估计，提高了强杂波环境下目标角度估计的精确度。

Description

一种强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法
技术领域
本发明属于雷达测试测量技术领域，具体涉及一种强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法。
背景技术
目标角度估计是雷达系统中的一项重要技术，传统的和差单脉冲测角技术在大信干杂噪比(SICNR)情况下可以获得很好的角度估计性能。
以线阵雷达为例，传统的和差单脉冲测角技术示意图如图2所示。该技术仅利用一个脉冲回波。首先，将雷达阵列均匀地划分为左右两个阵列；然后，将左阵面与右阵面相减，得到差路信号，将左阵面信号与右阵面信号相加，得到和路信号；接着，求差路信号与和路信号的比值，并与理论值比较，从而获得目标的角度估计值。在强杂波或环境中，目标信号淹没于杂波信号之中，强杂波信号会导致传统的和差单脉冲测角技术不能很好地估计目标角度。由此估算的目标角度精度不高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法，本发明首先利用子阵级的自由度，在子阵里对杂波进行抑制，并获得新的鉴角曲线，降低强杂波对角度估计精度的不利影响；然后利用杂波抑制后的数据对目标真实角度进行估计。本发明由于采取杂波抑制技术，降低了杂波的不利影响，所以相比于传统的和差单脉冲测角技术可以更好地估计杂波环境下的目标角度。主要步骤为：
步骤一、采用各子阵的自适应权值在雷达回波信号的各子阵里对杂波进行抑制，并获取差通道数据与和通道数据的比值；
步骤二、根据所述自适应权值计算鉴角曲线；
步骤三、根据所述鉴角曲线及上述比值的对应关系对目标真实角度进行估计。
优选的是，所述步骤一进一步包括：
步骤11、将雷达回波信号的左右阵面的空时二维数据分别记为xL和xR；
步骤12、对左右阵面的空时二维数据回波数据分别进行空时处理，获得对应的自适应权值；
步骤13、通过所述左右阵面的空时二维数据以及各自对应的自适应权值计算左右阵面的空时自适应处理的输出，并通过相加所述左右阵面的输出值得到和通道数据，以及通过所述左右阵面的输出值相减得到差通道数据；
步骤14、获取所述差通道数据与所述和通道数据的比值σ。
优选的是，所述左右阵面的空时自适应处理的输出yL及yR分别为：
Figure BDA0001753345630000021
Figure BDA0001753345630000022
其中，
Figure BDA0001753345630000028
表示左阵面的自适应权值wL的共轭转置，
Figure BDA0001753345630000024
表示右阵面的自适应权值wR的共轭转置。
优选的是，所述步骤二中，计算鉴角曲线A(θ)包括：
Figure BDA0001753345630000025
其中，
Figure BDA0001753345630000026
表示左阵面的自适应权值wL的共轭转置，
Figure BDA0001753345630000027
表示右阵面的自适应权值wR的共轭转置，SL(θ)表示左阵面的目标方向的导向矢量，SR(θ)表示右阵面的目标方向的导向矢量。
优选的是，在所述步骤三中，据所述鉴角曲线对目标真实角度进行估计包括：在鉴角曲线中，与所述比值σ最接近的值对应的θ即为所估计的目标真实角度。
本发明的技术关键是，首先利用子阵级的自由度对杂波进行抑制，然后用杂波抑制后的结果对目标角度进行估计。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明在已有和差单脉冲测角的基础上，针对强杂波环境下性能下降的问题，提出一种基于子阵级自适应处理的目标角度估计方法，该方法通过子阵级自适应处理，抑制杂波，降低杂波对目标角度估计的不利影响，然后再进行目标角度估计，从而提高强杂波环境下目标角度估计的精确度。
附图说明
图1为按照本发明强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法的一优选实施例的流程图。
图2为现有技术的传统的“和差单脉冲测角技术”流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
本发明首先利用子阵级的自由度，在子阵里对杂波进行抑制，并获得新的鉴角曲线，降低强杂波对角度估计精度的不利影响；然后利用杂波抑制后的数据对目标真实角度进行估计。本发明由于采取杂波抑制技术，降低了杂波的不利影响，所以相比于传统的和差单脉冲测角技术可以更好地估计杂波环境下的目标角度。主要步骤为：
步骤一、采用各子阵的自适应权值在雷达回波信号的各子阵里对杂波进行抑制，并获取差通道数据与和通道数据的比值；
步骤二、根据所述自适应权值计算鉴角曲线；
步骤三、根据所述鉴角曲线及上述比值的对应关系对目标真实角度进行估计。
本发明的关键点在于首先利用子阵级的自由度对杂波进行抑制，然后用杂波抑制后的结果对目标角度进行估计，可以理解的是，步骤一中，可以将雷达回波信号进行阵列划分，例如本实施的一优选实施例1将其划分为左右阵列。
实施例1、
图1给出了本实施例的流程图，主要包括：
步骤11、将雷达回波信号的左右阵面的空时二维数据分别记为xL和xR；
步骤12、对左右阵面的空时二维数据回波数据分别进行空时处理，获得对应的自适应权值；包括对左阵列的回波数据进行空时处理，其自适应权值为wL，其经过空时自适应处理的输出为：
Figure BDA0001753345630000041
对右阵列的回波数据进行空时处理，其自适应权值为wR，其经过空时自适应处理的输出为：
Figure BDA0001753345630000042
步骤13、根据左右阵列的输出，求和通道数据
∑＝yL+yR
根据左右阵列的输出，求差通道数据
Δ＝yL-yR
步骤14、获取所述差通道数据与所述和通道数据的比值σ：
σ＝Δ/∑
在步骤二中，根据自适应权值，求鉴角曲线，即差通道与和通道的比值与角度的关系
Figure BDA0001753345630000043
其中，
Figure BDA0001753345630000044
表示左阵面的自适应权值wL的共轭转置，
Figure BDA0001753345630000045
表示右阵面的自适应权值wR的共轭转置，SL(θ)表示左阵面的目标方向的导向矢量，SR(θ)表示右阵面的目标方向的导向矢量。
最后，在A(θ)中找到与σ最接近的值，该值对应的θ就是所估计的目标角度。
以下通过仿真试验队本发明的应用及优点进行说明，试验是根据仿真数据进行验证的，雷达是正侧视阵，阵面天线采用1行4列的均匀线性阵列，每个相参处理间隔有6个脉冲，脉冲重复频率为6000Hz，雷达发射信号的波长为0.1m，阵元间隔d为0.05m，雷达主波束指向法线方向，记为0°。
当目标来自主波束中心(0°)，归一化多普勒频率为-0.25时，xL＝[3.7049+5.2701i；5.8987+4.1467i；2.5544+5.9235i；4.0566+2.5116i；5.6417+4.5962i；2.1927+5.7006i；4.8507+1.5541i；5.1610-2.5805i]；
xR＝[2.1098+5.3244i；5.6112+0.6034i；4.1344-2.8462i；-0.4876-0.7044i6.1721-0.2407i；3.0129-2.8970i；-0.1760-0.1166i；6.9899+0.2207i]；
wL＝[1；-j；1；-j；1；-j；1；-j]；
wR＝[1；-j；1；-j；1；-j；1；-j]；
传统方法测得的角度为4.36°，误差为4.36°，本发明所提方法的测角结果为0.09°，误差为0.09°。由以上实验结果可知，本发明可以提高杂波环境下的测角精度。
为验证本发明方法的性能，本文与传统的和差单脉冲方法进行对比。本发明和传统和差单脉冲测角的结果如表1所示。从表1中可以看到，传统和差单脉冲法测角的最大误差为7.51°，而本发明方法的最大测角误差为0.09°，本发明方法的误差远远小于传统和差单脉冲测角方法。由于本发明所提方法首先进行了杂波抑制，降低了杂波对目标角度的影响，所以可以较好地估计强杂波环境中目标的角度。
表1角度估计结果(单位：°)
Figure BDA0001753345630000051
实施例2、
本实施例将雷达回波信号进行阵列划分为4个阵面X1、X2、X3以及X4。
之后，对上述四个阵面的空时二维数据回波数据分别进行空时处理，获得自适应权值为W1、W2、W3以及W4。
其经过空时自适应处理的输出为与y1、y2、y3以及y4。
根据左右阵列的输出，求和通道数据
∑＝y1+y2+y3+y4
根据左右阵列的输出，求差通道数据
Δ＝(y1+y2)-(y3+y4)
再之后，获取所述差通道数据与所述和通道数据的比值σ：
σ＝Δ/∑
再之后，根据自适应权值，求鉴角曲线，即差通道与和通道的比值与角度的关系时，将y1及y2对应阵面的目标方向的导向矢量之后作为实施例1中的SL(θ)，将y3及y4对应阵面的目标方向的导向矢量之后作为实施例1中的SR(θ)。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明在已有和差单脉冲测角的基础上，针对强杂波环境下性能下降的问题，提出一种基于子阵级自适应处理的目标角度估计方法，该方法通过子阵级自适应处理，抑制杂波，降低杂波对目标角度估计的不利影响，然后再进行目标角度估计，从而提高强杂波环境下目标角度估计的精确度。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法，其特征在于，包括：
步骤一、采用各子阵的自适应权值在雷达回波信号的各子阵里对杂波进行抑制，并获取差通道数据与和通道数据的比值；
步骤二、根据所述自适应权值计算鉴角曲线；
步骤三、根据所述鉴角曲线及上述比值的对应关系对目标真实角度进行估计；
其中，所述步骤一进一步包括：
步骤11、将雷达回波信号的左右阵面的空时二维数据分别记为xL和xR；
步骤12、对左右阵面的空时二维数据回波数据分别进行空时处理，获得对应的自适应权值；
步骤13、通过所述左右阵面的空时二维数据以及各自对应的自适应权值计算左右阵面的空时自适应处理的输出，并通过相加所述左右阵面的输出值得到和通道数据，以及通过所述左右阵面的输出值相减得到差通道数据；
步骤14、获取所述差通道数据与所述和通道数据的比值σ。
2.如权利要求1所述的强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法，其特征在于，所述左右阵面的空时自适应处理的输出yL及yR分别为：
Figure FDA0003785083090000011
Figure FDA0003785083090000012
其中，
Figure FDA0003785083090000013
表示左阵面的自适应权值wL的共轭转置，
Figure FDA0003785083090000014
表示右阵面的自适应权值wR的共轭转置。
3.如权利要求2所述的强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法，其特征在于，所述步骤二中，计算鉴角曲线A(θ)包括：
Figure FDA0003785083090000015
其中，
Figure FDA0003785083090000016
表示左阵面的自适应权值wL的共轭转置，
Figure FDA0003785083090000017
表示右阵面的自适应权值wR的共轭转置，SL(θ)表示左阵面的目标方向的导向矢量，SR(θ)表示右阵面的目标方向的导向矢量。
4.如权利要求3所述的强杂波环境下基于子阵空时自适应处理的测角方法，其特征在于，在所述步骤三中，据所述鉴角曲线对目标真实角度进行估计包括：在鉴角曲线中，与所述比值σ最接近的值对应的θ即为所估计的目标真实角度。
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