CN111352105A - 用于目标跟踪的测角方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种用于目标跟踪的测角方法，包括：步骤S1：使用多个通道接收原始回波信号，并将原始回波信号合成和通道信号与差通道信号；步骤S2：将和差通道信号进行距离徙动校正，形成距离对齐的和差通道信号；步骤S3：利用该距离对齐的和差通道信号，构成潜在目标距离单元集合；步骤S4：对潜在目标距离单元集合进行角闪烁抑制，形成有效目标距离单元集合；步骤S5：利用该有效目标距离单元集合，使天线保持对目标的跟踪。本公开提供的用于目标跟踪的测角方法对和差通道信号进行距离徙动校正，消除了目标运动对目标检测的影响，增加了目标检测的效率。引入角闪烁抑制方法，减小了复杂目标的角闪烁引起的角度测量误差，提高目标的跟踪精度。

Description

用于目标跟踪的测角方法

技术领域

本公开涉及雷达目标跟踪与目标跟踪技术领域，尤其涉及一种用于目标跟踪的测角方法。

背景技术

单脉冲技术是一种经典的测角方法，基于单脉冲技术的单脉冲雷达在目标跟踪领域具有广泛的应用。理论上，单脉冲雷达仅使用一个脉冲内的回波就可以实现对目标的角度测量。常规的单脉冲雷达具有多个通道，包括和通道与差通道，对和通道与差通道进行比幅处理，得到目标的角度。

雷达发射信号的带宽增加后，能够提高距离向的分辨率，对目标反射回来的宽带信号进行处理，可以获取目标的高分辨距离向。从而实现对复杂目标不同部位的检测与识别，获取更多的目标信息。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，为了提高测角精度，经常将一段时间内采集到的脉冲进行联合处理，称为脉冲积累技术。使用宽带雷达对运动目标进行跟踪时，由于距离分辨率高，即使目标的运动速度很慢，在较短的脉冲积累时间内，目标运动的距离也会超过一个距离分辨单元的长度，即发生距离徙动。并且，对复杂目标进行跟踪时，散射点之间的相互干扰会产生角闪烁现象，引起测角误差，严重情况下会导致目标丢失。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种用于目标跟踪的测角方法，以缓解现有技术中目标跟踪方法容易发生发成距离徙动以及产生角闪烁现象，引起测角误差，甚至导致目标丢失的技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种用于目标跟踪的测角方法，包括：步骤S1：使用多个通道接收宽带信号经过目标散射后得到的原始回波信号，并将所述原始回波信号合成和通道信号与差通道信号；步骤S2：将所述和通道信号与所述差通道信号进行距离徙动校正，形成距离对齐的和差通道信号；步骤S3：利用该距离对齐的和差通道信号，确定可能存在散射点的距离单元，构成潜在目标距离单元集合；步骤S4：对所述潜在目标距离单元集合进行角闪烁抑制，形成有效目标距离单元集合；步骤S5：利用该有效目标距离单元集合，确定目标偏离天线的角度，控制天线伺服转动相应的角度，使天线保持对目标的跟踪。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S3包括：步骤S31：利用距离对齐的和差通道信号合成高分辨距离像，并进行非相干积累，得到非相干积累的距离功率像序列；以及步骤S32：对所述非相干积累的距离功率像序列进行阈值检测，确定可能存在散射点的距离单元，构成潜在目标距离单元集合。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S32包括：步骤S32a：对所述非相干积累的距离功率像序列进行排序，计算其中值，并将该中值乘以门限因子η作为阈值；以及步骤S32b：检测功率值大于阈值的距离单元，视为可能存在散射点的距离单元，记录所有可能存在目标的距离单元序号l，得到潜在目标距离单元集合L₀，以及潜在目标距离单元对应的距离值R(L₀)。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S5包括：步骤S51：对所述有效目标距离单元集合进行和差比幅测角，确定每个散射点偏离天线的角度；步骤S52：根据散射点偏离天线的角度计算出散射点的坐标，确定目标的几何中心；以及步骤S53：根据目标的几何中心，确定目标的几何中心偏离天线的角度，控制天线伺服转动相应的角度，使天线波束保持对目标的实时照射。

在本公开的一些实施例中，其中，所述原始回波信号满足下式：

其中，k＝1，2，3，4表示通道的序号；m＝1，2，3，...，M表示脉冲编号；n＝1，2，3，...，N表示每一个脉冲中的第n个采样点，每个脉冲总共采N个采样点，

表示第n个采样点的频率，B为信号带宽；i为目标上散射点的序号，散射强度为σ_i，在第m个脉冲时刻，距雷达的距离为R_im，F_ki为第i个散射点回波信号被第k个通道接收时的方向图系数；f_c为信号中心频率，c＝3e8m/s为电磁波的传播速度。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S1中：将多个通道的所述原始回波信号进行数字和差处理，合成和通道信号、方位差通道信号，以及俯仰差通道信号，并分别满足下式：

S_sum(m，n)＝S₁(m，n)+S₂(m，n)+S₃(m，n)+S₄(m，n)

S_{dif_az}(m，n)＝S₁(m，n)+S₄(m，n)-S₂(m，n)-S₃(m，n)

S_{dif_el}(m，n)＝S₁(m，n)+S₂(m，n)-S₃(m，n)-S₄(m，n)

其中S_sum(m，n)，S_{dif_az}(m，n)，S_{dif_el}(m，n)分别表示合成的和通道信号、方位差通道信号以及俯仰差通道信号。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S31中，将距离对齐的和差通道信号在快时间向进行处理，合成高分辨距离像，该高分辨距离像满足下式：

其中Y_sum(m，l)，Y_{dif_az}(m，l)，Y_{dif_el}(m，l)分别表示利用和通道信号、方位差通道信号以及俯仰差通道信号合成的高分辨距离像，A_s(m，l，i)，A_az(m，l，i)，A_el(m，l，i)分别表示各个距离像单元中第i个散射点的幅度。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S31中，对所述和通道高分辨距离像在慢时间向进行非相干积累，得到非相干积累的距离功率像序列，该非相干积累的距离功率像序列满足下式：

在本公开的一些实施例中，所述步骤S4包括：步骤S41：根据所述潜在目标距离单元集合提取和通道信号，方位差通道信号，俯仰差通道信号的高分辨距离像上相应距离单元内的信号；步骤S42：计算所述潜在目标距离单元集合内每个距离单元对应的方位向和差比与俯仰向和差比，并统计每个距离单元上每一列和差比值的虚部最大值与实部方差；以及步骤S43：将所述虚部最大值与预先设置的阈值η_im进行比较，将所述实部方差值与预先设置的阈值η_var进行比较，将所述潜在目标距离单元集合中虚部最大值大于阈值的距离单元，与实部方差大于阈值的距离单元从潜在目标距离单元集合中剔除，构成有效目标距离单元集合L_0eff。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S51中，根据所述有效目标距离单元集合内的距离单元序号，提取每个距离单元对应的方位向和差比与俯仰向和差比，利用下式进行和差比幅测角，确定有效距离单元上散射点偏离天线的角度，并使每个有效距离单元得到一个角度序列：

其中θ_baz，k_maz分别表示方位向天线差波束的3dB波束宽度与单脉冲斜率，θ_bel，k_mel分别表示俯仰向天线差波束的3dB波束宽度与单脉冲斜率，real表示取实部运算，l是所述有效目标距离单元集合L_0eff内的距离单元序号。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S52包括：步骤S52a：对所述有效目标距离单元集合内每个距离单元的角度序列进行线性拟合，得到每个距离单元上散射点在第M个脉冲时刻偏离天线的角度；步骤S52b：根据所述有效目标距离单元集合内每个距离单元上散射点的距离与角度，计算每个有效散射点对应的直角坐标；以及步骤S52c：对所述有效散射点的直角坐标计算平均值，确定目标的几何中心直角坐标。

在本公开的一些实施例中，其中：所述步骤S52a中，对于每一个有效目标距离单元l₀，根据所述偏离天线的角度序列θ_az(m，l₀)，由线性拟合关系得出一个第M个脉冲时刻的偏离角度θ_az(l₀)；所述步骤S52b中，利用下式计算每个有效散射点对应的直角坐标：

x(l₀)＝R(l₀)cos(θ_{a_az}+Δθ_az(l₀))cos(θ_{a_el}+Δθ_el(l₀))

y(l₀)＝R(l₀)cos(θ_{a_az}+Δθ_az(l₀))sin(θ_{a_el}+Δθ_el(l₀))

z(l₀)＝R(l₀)sin(θ_{a_az}+Δθ_az(l₀))

其中，θ_{a_az}表示天线中心的方位角，θ_{a_el}表示天线中心的俯仰角；

所述步骤S52c中，利用下式确定目标的几何中心直角坐标：

在本公开的一些实施例中，所述步骤S53中，利用下式，确定目标的几何中心偏离天线的角度：

Δθ_{c_az}＝θ_{c_az}-θ_{a_az}

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的用于目标跟踪的测角方法具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

(1)对回波信号实施距离徙动校正，再进行非相干积累检测目标，避免了目标运动对目标检测的影响，增加了检测到散射点的数目，提供更多目标信息；

(2)对存在角闪烁现象的散射点进行剔除，对角闪烁现象进行抑制，减小目标角度的测量误差，提升目标跟踪精度。

附图说明

图1为本公开实施例提供的用于目标跟踪的高精度测角方法的步骤示意图。

图2为本发明实施例中步骤S3的具体步骤示意图。

图3为本发明实施例中步骤S32的具体步骤示意图。

图4为本发明实施例中步骤S5的具体步骤示意图。

图5为本发明实施例中步骤S4的具体步骤示意图。

图6为本发明实施例中步骤S52的具体步骤示意图。

图7为本发明实施例中仿真使用的多散射点目标模型。

图8为本发明实施例的步骤S2中进行距离徙动校正后的和通道高分辨距离像。

图9为本发明实施例的步骤S2中未进行距离徙动校正的和通道高分辨距离像。

图10为本发明实施例的步骤S2中距离徙动校正后对高分辨距离像进行非相干积累得到的距离功率像。

图11为本发明实施例的步骤S2中未进行距离徙动校正对高分辨距离像进行非相干积累得到的距离功率像。

图12为本发明实施例的步骤S5中所述的方位角跟踪曲线。

图13为本发明实施例的步骤S5中所述的俯仰角跟踪曲线。

具体实施方式

本公开提供的用于目标跟踪的测角方法对和差通道信号进行距离徙动校正，消除了目标运动对目标检测的影响，增加了目标检测的效率，同时引入角闪烁抑制方法，减小了复杂目标的角闪烁引起的角度测量误差，提高目标的跟踪精度。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开实施例提供一种用于目标跟踪的测角方法，如图1至图6所示所示，包括：

步骤S1：使用多个通道接收宽带信号经过目标散射后得到的原始回波信号，并将原始回波信号合成和通道信号与差通道信号；

步骤S2：将和通道信号与所述差通道信号进行距离徙动校正，形成距离对齐的和差通道信号；

步骤S3：利用该距离对齐的和差通道信号，确定可能存在散射点的距离单元，构成潜在目标距离单元集合；

步骤S4：对潜在目标距离单元集合进行角闪烁抑制，形成有效目标距离单元集合；

步骤S5：利用该有效目标距离单元集合，确定目标偏离天线的角度，控制天线伺服转动相应的角度，使天线保持对目标的跟踪。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，步骤S3包括：步骤S31：利用距离对齐的和差通道信号合成高分辨距离像，并进行非相干积累，得到非相干积累的距离功率像序列；以及步骤S32：对非相干积累的距离功率像序列进行阈值检测，确定可能存在散射点的距离单元，构成潜在目标距离单元集合。

在本公开的一些实施例中，如图3所示，步骤S32包括：步骤S32a：对非相干积累的距离功率像序列进行排序，计算其中值，并将该中值乘以门限因子η作为阈值；以及步骤S32b：检测功率值大于阈值的距离单元，视为可能存在散射点的距离单元，记录所有可能存在目标的距离单元序号l，得到潜在目标距离单元集合L₀，以及潜在目标距离单元对应的距离值R(L₀)。

在本公开的一些实施例中，如图4所示，步骤S5包括：步骤S51：对有效目标距离单元集合进行和差比幅测角，确定每个散射点偏离天线的角度；步骤S52：根据散射点偏离天线的角度计算出散射点的坐标，确定目标的几何中心；以及步骤S53：根据目标的几何中心，确定目标的几何中心偏离天线的角度，控制天线伺服转动相应的角度，使天线波束保持对目标的实时照射。

在本公开的一些实施例中，其中，原始回波信号满足下式：

其中，k＝1，2，3，4表示通道的序号；m＝1，2，3，...，M表示脉冲编号；n＝1，2，3，...，N表示每一个脉冲中的第n个采样点，每个脉冲总共采N个采样点，

表示第n个采样点的频率，B为信号带宽；i为目标上散射点的序号，散射强度为σ_i，在第m个脉冲时刻，距雷达的距离为R_im，F_ki为第i个散射点回波信号被第k个通道接收时的方向图系数；f_c为信号中心频率，c＝3e8m/s为电磁波的传播速度。

在本公开的一些实施例中，步骤S1中：将多个通道的所述原始回波信号进行数字和差处理，合成和通道信号、方位差通道信号，以及俯仰差通道信号，并分别满足下式：

S_sum(m，n)＝S₁(m，n)+S₂(m，n)+S₃(m，n)+S₄(m，n)

S_{dif_az}(m，n)＝S₁(m，n)+S₄(m，n)-S₂(m，n)-S₃(m，n)

S_{dif_el}(m，n)＝S₁(m，n)+S₂(m，n)-S₃(m，n)-S₄(m，n)

其中S_sum(m，n)，S_{dif_az}(m，n)，S_{dif_el}(m，n)分别表示合成的和通道信号、方位差通道信号以及俯仰差通道信号。

在本公开的一些实施例中，步骤S31中，将距离对齐的和差通道信号在快时间向进行处理，合成高分辨距离像，该高分辨距离像满足下式：

其中Y_sum(m，l)，Y_{dif_az}(m，l)，Y_{dif_el}(m，l)分别表示利用和通道信号、方位差通道信号以及俯仰差通道信号合成的高分辨距离像，A_s(m，l，i)，A_az(m，l，i)，A_el(m，l，i)分别表示各个距离像单元中第i个散射点的幅度。

在本公开的一些实施例中，步骤S31中，对和通道高分辨距离像在慢时间向进行非相干积累，得到非相干积累的距离功率像序列，该非相干积累的距离功率像序列满足下式：

在本公开的一些实施例中，如图5所示，步骤S4包括：步骤S41：根据潜在目标距离单元集合提取和通道信号，方位差通道信号，俯仰差通道信号的高分辨距离像上相应距离单元内的信号；步骤S42：计算潜在目标距离单元集合内每个距离单元对应的方位向和差比与俯仰向和差比，并统计每个距离单元上每一列和差比值的虚部最大值与实部方差；以及步骤S43：将虚部最大值与预先设置的阈值η_im进行比较，将实部方差值与预先设置的阈值η_var进行比较，将潜在目标距离单元集合中虚部最大值大于阈值的距离单元，与实部方差大于阈值的距离单元从潜在目标距离单元集合中剔除，构成有效目标距离单元集合L_Oeff。

在本公开的一些实施例中，步骤S51中，根据有效目标距离单元集合内的距离单元序号，提取每个距离单元对应的方位向和差比与俯仰向和差比，利用下式进行和差比幅测角，确定有效距离单元上散射点偏离天线的角度，并使每个有效距离单元得到一个角度序列：

其中θ_baz，k_maz分别表示方位向天线差波束的3dB波束宽度与单脉冲斜率，θ_bel，k_mel分别表示俯仰向天线差波束的3dB波束宽度与单脉冲斜率，real表示取实部运算，l是所述有效目标距离单元集合L_0eff内的距离单元序号。

在本公开的一些实施例中，如图6所示，步骤S52包括：步骤S52a：对有效目标距离单元集合内每个距离单元的角度序列进行线性拟合，得到每个距离单元上散射点在第M个脉冲时刻偏离天线的角度；步骤S52b：根据有效目标距离单元集合内每个距离单元上散射点的距离与角度，计算每个有效散射点对应的直角坐标；以及步骤S52c：对有效散射点的直角坐标计算平均值，确定目标的几何中心直角坐标。

在本公开的一些实施例中，步骤S52a中，对于每一个有效目标距离单元l₀，根据偏离天线的角度序列θ_az(m，l₀)，由线性拟合关系得出一个第M个脉冲时刻的偏离角度θ_az(l₀)；

在本公开的一些实施例中，步骤S52b中，利用下式计算每个有效散射点对应的直角坐标：

x(l₀)＝R(l₀)coS(θ_{a_az}+Δθ_az(l₀))cos(θ_{a_el}+Δθ_el(l₀))

y(l₀)＝R(l₀)coS(θ_{a_az}+Δθ_az(l₀))sin(θ_{a_el}+Δθ_el(l₀))

z(l₀)＝R(l₀)sin(θ_{a_az}+Δθ_az(l₀))

其中，θ_{a_az}表示天线中心的方位角，θ_{a_el}表示天线中心的俯仰角。

在本公开的一些实施例中，步骤S52c中，利用下式确定目标的几何中心直角坐标：

在本公开的一些实施例中，步骤S53中，利用下式，确定目标的几何中心偏离天线的角度：

Δθ_{c_az}＝θ_{c_az}-θ_{a_az}

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开实施例提供的用于目标跟踪的测角方法有了清楚的认识。

以下以一具体实施例验证本公开提供的用于目标跟踪的测角方法的有效性：

在本发明实施例中，仿真对一个具有多个散射点的复杂目标的运动进行角度测量与跟踪，所使用的目标模型为一个由11个散射点构成的飞机轮廓，如图7所示，模型的尺寸为0.15×0.12m。雷达位于坐标原点，目标的初始坐标为(-10，30，1)，运动速度为v_x＝2m/s，v_y＝0.5m/s，v_z＝1m/s。

本实施例提供的用于目标跟踪的测角方法的具体步骤为：

步骤S1：使用多个通道接收宽带信号经过目标散射后得到的原始回波信号，并将原始回波信号合成和通道信号与差通道信号；

步骤S2：将和通道信号与所述差通道信号进行距离徙动校正，形成距离对齐的和差通道信号，实际应用中，实现距离徙动校正的方法并非一种，在本实施例中，这一校正是通过Keystone变换实现的，其具体实现是对和差通道信号的每一列进行插值，其中需要用到尺度变换满足下式：

步骤S3：利用该距离对齐的和差通道信号，确定可能存在散射点的距离单元，构成潜在目标距离单元集合，具体包括：

步骤S31：利用距离对齐的和差通道信号合成高分辨距离像(在本实施例中，高分辨距离像是通过对距离对齐的和差通道信号在快时间向进行逆傅里叶变换实现的，如图8至图9所示，图8至图9为由本实施例中一个脉冲积累周期内的信号经处理得到的高分辨距离像，为了直观地对比距离徙动校正的效果，在本实施例中同时给出了未进行距离徙动校正时的和通道高分辨距离像，其中图8为进行距离徙动校正后的和通道高分辨距离像，图9为未进行距离徙动校正的和通道高分辨距离像)，对和通道高分辨距离像取模得到高分辨距离像的幅度，对幅度计算平方得到功率，将功率信号在慢时间向进行累加，得到非相干积累的距离功率像，得到非相干积累的距离功率像序列(图10至图11为本实施例中一个脉冲积累周期内得到的非相干积累距离功率像，为了直观地对比距离徙动校正的效果，在本实施例中同时给出了未进行距离徙动校正时的和通道高分辨距离像，图10为距离徙动校正后对高分辨距离像进行非相干积累得到的距离功率像，图11为未进行距离徙动校正对高分辨距离像进行非相干积累得到的距离功率像)；以及

步骤S32：对非相干积累的距离功率像序列进行阈值检测，确定可能存在散射点的距离单元，构成潜在目标距离单元集合，具体包括：

步骤S32a：对非相干积累的距离功率像序列进行排序，计算其中值，并将该中值乘以门限因子η作为阈值，本实施例中η＝20；以及

步骤S32b：检测功率值大于阈值的距离单元，视为可能存在散射点的距离单元，记录所有可能存在目标的距离单元序号l，得到潜在目标距离单元集合L₀，以及潜在目标距离单元对应的距离值R(L₀)；

步骤S4：对潜在目标距离单元集合进行角闪烁抑制，形成有效目标距离单元集合，具体包括：

步骤S41：根据潜在目标距离单元集合提取和通道信号，方位差通道信号，俯仰差通道信号的高分辨距离像上相应距离单元内的信号；

步骤S42：计算潜在目标距离单元集合内每个距离单元对应的方位向和差比与俯仰向和差比，并统计每个距离单元上每一列和差比值的虚部最大值与实部方差；以及

步骤S43：将虚部最大值与预先设置的阈值η_im进行比较，将实部方差值与预先设置的阈值η_var进行比较，将潜在目标距离单元集合中虚部最大值大于阈值的距离单元，与实部方差大于阈值的距离单元从潜在目标距离单元集合中剔除，构成有效目标距离单元集合L_0eff，在本实施例中，

α＝0.2，其中α的值可以根据目标尺寸的先验信息进行确定，η_var＝0.5；

步骤S5：利用该有效目标距离单元集合，确定目标偏离天线的角度，控制天线伺服转动相应的角度，使天线保持对目标的跟踪，具体包括：

步骤S51：对有效目标距离单元集合进行和差比幅测角，确定每个散射点偏离天线的角度，具体为：根据有效目标距离单元集合内的距离单元序号，提取每个距离单元对应的方位向和差比与俯仰向和差比，进行和差比幅测角，确定有效距离单元上散射点偏离天线的角度，并使每个有效距离单元得到一个角度序列，在本实施例中，θ_baz＝7.236mrad，k_baz＝1.522，θ_bel＝7.236mrad，θ_kel＝1.522；

步骤S52：根据散射点偏离天线的角度计算出散射点的坐标，确定目标的几何中心，具体包括：

步骤S52a：对有效目标距离单元集合内每个距离单元的角度序列进行线性拟合，得到每个距离单元上散射点在第M个脉冲时刻偏离天线的角度；

步骤S52b：根据有效目标距离单元集合内每个距离单元上散射点的距离与角度，计算每个有效散射点对应的直角坐标；以及

步骤S52c：对有效散射点的直角坐标计算平均值，确定目标的几何中心直角坐标；以及

步骤S53：根据目标的几何中心，确定目标的几何中心偏离天线的角度，控制天线伺服转动相应的角度，使天线波束保持对目标的实时照射，在本实施例中，对目标的角度跟踪曲线如图12至图13所示，其中，图12为方位角跟踪曲线，图13为俯仰角跟踪曲线。

综上所述，本公开提供的用于目标跟踪的测角方法对和差通道信号进行距离徙动校正的同时引入角闪烁抑制方法，消除了目标运动对目标检测的影响，增加了目标检测的效率，并且减小了复杂目标的角闪烁引起的角度测量误差，提高目标的跟踪精度。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于目标跟踪的测角方法，包括：

步骤S1：使用多个通道接收宽带信号经过目标散射后得到的原始回波信号，并将所述原始回波信号合成和通道信号与差通道信号；

步骤S2：将所述和通道信号与所述差通道信号进行距离徙动校正，形成距离对齐的和差通道信号；

步骤S3：利用该距离对齐的和差通道信号，确定可能存在散射点的距离单元，构成潜在目标距离单元集合；

步骤S4：对所述潜在目标距离单元集合进行角闪烁抑制，形成有效目标距离单元集合；

步骤S5：利用该有效目标距离单元集合，确定目标偏离天线的角度，控制天线伺服转动相应的角度，使天线保持对目标的跟踪。

2.根据权利要求1所述的用于目标跟踪的测角方法，所述步骤S3包括：

步骤S31：利用距离对齐的和差通道信号合成高分辨距离像，并进行非相干积累，得到非相干积累的距离功率像序列；以及

步骤S32：对所述非相干积累的距离功率像序列进行阈值检测，确定可能存在散射点的距离单元，构成潜在目标距离单元集合。

3.根据权利要求2所述的用于目标跟踪的测角方法，所述步骤S32包括：

步骤S32a：对所述非相干积累的距离功率像序列进行排序，计算其中值，并将该中值乘以门限因子η作为阈值；以及

步骤S32b：检测功率值大于阈值的距离单元，视为可能存在散射点的距离单元，记录所有可能存在目标的距离单元序号l，得到潜在目标距离单元集合L₀，以及潜在目标距离单元对应的距离值R(L₀)。

4.根据权利要求2所述的用于目标跟踪的测角方法，所述步骤S5包括：

步骤S51：对所述有效目标距离单元集合进行和差比幅测角，确定每个散射点偏离天线的角度；

步骤S52：根据散射点偏离天线的角度计算出散射点的坐标，确定目标的几何中心；以及

步骤S53：根据目标的几何中心，确定目标的几何中心偏离天线的角度，控制天线伺服转动相应的角度，使天线波束保持对目标的实时照射。

5.根据权利要求4所述的用于目标跟踪的测角方法，其中，所述原始回波信号满足下式：

其中，k＝1，2，3，4表示通道的序号；m＝1，2，3，...，M表示脉冲编号；n＝1，2，3，...，N表示每一个脉冲中的第n个采样点，每个脉冲总共采N个采样点，

表示第n个采样点的频率，B为信号带宽；i为目标上散射点的序号，散射强度为σ_i，在第m个脉冲时刻，距雷达的距离为R_im，F_ki为第i个散射点回波信号被第k个通道接收时的方向图系数；f_c为信号中心频率，c＝3e8m/s为电磁波的传播速度。

6.根据权利要求5所述的用于目标跟踪的测角方法，所述步骤S1中：将多个通道的所述原始回波信号进行数字和差处理，合成和通道信号、方位差通道信号，以及俯仰差通道信号，并分别满足下式：

S_sum(m，n)＝S₁(m，n)+S₂(m，n)+S₃(m，n)+S₄(m，n)

S_{dif_az}(m，n)＝S₁(m，n)+S₄(m，n)-S₂(m，n)-S₃(m，n)

S_{dif_el}(m，n)＝S₁(m，n)+S₂(m，n)-S₃(m，n)-S₄(m，n)

其中S_sum(m，n)，S_{dif_az}(m，n)，S_{dif_el}(m，n)分别表示合成的和通道信号、方位差通道信号以及俯仰差通道信号。

7.根据权利要求5所述的用于目标跟踪的测角方法，所述步骤S31中，将距离对齐的和差通道信号在快时间向进行处理，合成高分辨距离像，该高分辨距离像满足下式：

其中Y_sum(m，l)，Y_{dif_az}(m，l)，Y_{dif_el}(m，l)分别表示利用和通道信号、方位差通道信号以及俯仰差通道信号合成的高分辨距离像，A_s(m，l，i)，A_az(m，l，i)，A_el(m，l，i)分别表示各个距离像单元中第i个散射点的幅度。

8.根据权利要求7所述的用于目标跟踪的测角方法，所述步骤S31中，对所述和通道高分辨距离像在慢时间向进行非相干积累，得到非相干积累的距离功率像序列，该非相干积累的距离功率像序列满足下式：

9.根据权利要求6所述的用于目标跟踪的测角方法，所述步骤S4包括：

步骤S41：根据所述潜在目标距离单元集合提取和通道信号，方位差通道信号，俯仰差通道信号的高分辨距离像上相应距离单元内的信号；

步骤S42：计算所述潜在目标距离单元集合内每个距离单元对应的方位向和差比与俯仰向和差比，并统计每个距离单元上每一列和差比值的虚部最大值与实部方差；以及

步骤S43：将所述虚部最大值与预先设置的阈值η_im进行比较，将所述实部方差值与预先设置的阈值η_var进行比较，将所述潜在目标距离单元集合中虚部最大值大于阈值的距离单元，与实部方差大于阈值的距离单元从潜在目标距离单元集合中剔除，构成有效目标距离单元集合L_0eff。

10.根据权利要求9所述的用于目标跟踪的测角方法，所述步骤S51中，根据所述有效目标距离单元集合内的距离单元序号，提取每个距离单元对应的方位向和差比与俯仰向和差比，利用下式进行和差比幅测角，确定有效距离单元上散射点偏离天线的角度，并使每个有效距离单元得到一个角度序列：

其中θ_baz，k_maz分别表示方位向天线差波束的3dB波束宽度与单脉冲斜率，θ_bel，k_mel分别表示俯仰向天线差波束的3dB波束宽度与单脉冲斜率，real表示取实部运算，l是所述有效目标距离单元集合L_0eff内的距离单元序号。

11.根据权利要求10所述的用于目标跟踪的测角方法，所述步骤S52包括：

步骤S52a：对所述有效目标距离单元集合内每个距离单元的角度序列进行线性拟合，得到每个距离单元上散射点在第M个脉冲时刻偏离天线的角度；

步骤S52b：根据所述有效目标距离单元集合内每个距离单元上散射点的距离与角度，计算每个有效散射点对应的直角坐标；以及

步骤S52c：对所述有效散射点的直角坐标计算平均值，确定目标的几何中心直角坐标。

12.根据权利要求11所述的用于目标跟踪的测角方法，其中：

所述步骤S52a中，对于每一个有效目标距离单元l₀，根据所述偏离天线的角度序列θ_az(m，l₀)，由线性拟合关系得出一个第M个脉冲时刻的偏离角度θ_az(l₀)；

所述步骤S52b中，利用下式计算每个有效散射点对应的直角坐标：

x(l₀)＝R(l₀)cos(θ_{a_az}+Δθ_az(l₀))cos(θ_{a_el}+Δθ_el(l₀))

y(l₀)＝R(l₀)cos(θ_{a_az}+Δθ_az(l₀))sin(θ_{a_el}+Δθ_el(l₀))

z(l₀)＝R(l₀)sin(θ_{a_az}+Δθ_az(l₀))

其中，θ_{a_az}表示天线中心的方位角，θ_{a_el}表示天线中心的俯仰角；

所述步骤S52c中，利用下式确定目标的几何中心直角坐标：

13.根据权利要求12所述的用于目标跟踪的测角方法，所述步骤S53中，利用下式，确定目标的几何中心偏离天线的角度：

Δθ_{c_az}＝θ_{c_az}-θ_{a_az}

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