CN113030845A - 主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角方法 - Google Patents

主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角方法 Download PDF

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CN113030845A CN202110248827.4A CN202110248827A CN113030845A CN 113030845 A CN113030845 A CN 113030845A CN 202110248827 A CN202110248827 A CN 202110248827A CN 113030845 A CN113030845 A CN 113030845A
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陈辉
刘维建
王永良
张昭建
周必雷
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Abstract

本发明公开了主瓣干扰下极化阵列子阵级空域‑极化域联合自适应测角方法。本发明首先将阵列划分成多个子阵，形成子阵通道数据；然后对每列子阵进行空域‑极化域自适应波束形成，得到一行虚拟均匀线阵的接收数据；然后采用子空间方法求出真实目标的方位角；随后对每行子阵进行空域‑极化域自适应波束形成，得到一列虚拟均匀线阵的接收数据；最后采用子空间方法求出真实目标的俯仰角。本发明通过子阵合成降低数据维度，提升了测角速度；通过空域‑极化域联合自适应，对抗主瓣内多个干扰的同时，仍能较精确地测出目标的二维波达方向。

Description

主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角 方法
技术领域
本发明属于阵列信号处理领域，具体涉及主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角方法，为下一代雷达抗主瓣干扰提供技术支撑。
背景技术
雷达是现代及未来战争中的千里眼，直接决定着是否能发现、识别和截获目标，从而影响战争的胜负。从敌方的角度出发，他们想方设法阻止雷达看得清、看得远，最常用的方式是施放干扰。当前，雷达能较好地抑制副瓣干扰，而对于主瓣内多个干扰显得无所适从。难以对抗多个主瓣干扰的原因当前抑制主瓣干扰的方法是空域自适应，它将导致主波束严重畸变，进而使得测量真实目标角度性能严重下降。敌方正是抓住实装雷达该弱点，常常施放主瓣干扰，严重制约了我方作战效能发挥。
抗主瓣干扰已成为雷达届的主题，也是亟需解决的重大军事难题。多年来，雷达技术人员致力于探索抗主瓣干扰技术，取得了很多成果，但并未根本解决主瓣干扰问题。穷则思变！于是，雷达技术人员寻求新体制雷达和技术。极化阵列便应运而生，它能额外感知电磁波的极化信息，使其具有更好的抗干扰性能。当前，关于极化阵列的参数估计和自适应波束形成方面的研究硕果累累，但仍然存在以下两方面内容需要进一步研究：一是主瓣干扰背景下的参数估计，二是自适应测角技术。本发明正是在此背景下，发明主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角方法，为下一代雷达抗主瓣干扰提供技术支撑。
发明内容
鉴于此，本发明提供了主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角方法，以解决多个主瓣干扰下真实目标角度估计问题。
为了实现上述的发明目的，本发明提供了主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角方法，包括以下技术步骤：
(1)将阵列划分成多个子阵，形成子阵通道数据；
(2)对每列子阵进行空域-极化域自适应波束形成，得到一行虚拟均匀线阵的接收数据；
(3)采用子空间方法求出真实目标的方位角；
(4)基于步骤(1)中的子阵通道数据，对每行子阵进行空域-极化域自适应波束形成，得到一列虚拟均匀线阵的接收数据；
(5)采用子空间方法求出真实目标的俯仰角。
本发明的优点在于通过子阵合成降低数据维度，提升了测角速度；通过空域-极化域联合自适应，对抗主瓣内多个干扰的同时，仍能较精确地测出目标的二维波达方向。
附图说明
图1是本发明的实施例的结构框图。参照图1，本发明的实施例由子阵合成、求子阵列自适应输出、子空间方法求目标方位角、求子阵行自适应输出以及子空间方法求目标俯仰角组成。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。假设阵列是由矢量传感器(共点式正交电偶极子)组成的M1×M2均匀面阵，阵元全部布置在xoz面中，M1表示阵列的列数，M2表示阵列的行数，阵元间距为半波长，记为d，目标相对阵面的俯仰角记为
Figure BSA0000235590650000021
方位角记为θ，极化辅助角记为γ，极化相位差记为η，单个矢量传感器的导向矢量表示为
Figure BSA0000235590650000022
该极化面阵的空域导向矢量表示为
Figure BSA0000235590650000023
其中
Figure BSA0000235590650000024
Figure BSA0000235590650000025
其中，上标(·)T表示转置运算，符号λ表示信号波长，
Figure BSA0000235590650000026
和
Figure BSA0000235590650000027
分别为z轴和x轴的空域导向矢量。则极化面阵的空域-极化域联合导向矢量可表示为
Figure BSA0000235590650000028
其中，
Figure BSA0000235590650000029
表示Kronecker积运算。假设有K个远场窄带完全极化的回波信号入射到该阵列，且这些K个回波信号均位于天线主波束内，其中包含1个目标信号和K-1个干扰信号，则匹配滤波后的阵列接收数据可表示为
Figure BSA00002355906500000210
其中，sk(t)表示第k个信号，n(t)是均值为零、方差为σ2的2M1M2×1加性高斯白噪声。为便于理解和行文，将
Figure BSA00002355906500000211
q(θ)、
Figure BSA00002355906500000212
和
Figure BSA00002355906500000213
分别简写为Θ、b、q、qz、qx和a，且在分析过程中将噪声n(t)省略。
基于上述信号模型，本发明的详细主要步骤如下：
(1)将阵列划分成多个子阵，形成子阵通道数据。假设M1＝M2＝M，将极化阵列均匀划分成N×N个子阵，令n＝M/N，每个子阵的大小为n×n，则第(g，h)个子阵的接收数据为
Figure BSA00002355906500000214
其中
Figure BSA00002355906500000215
表示选择矩阵，g＝1，2，…，N，h＝1，2，…，N。然后对该子阵进行求和，方法是将放置方向相同的电偶极子接收数据相加，则第(g，h)个子阵的接收数据的和通道数据的维度为2×1，记为xq，h(t)，将所有子阵和通道数据按顺序重新组成向量
Figure BSA0000235590650000031
(2)对每列子阵进行空域-极化域自适应波束形成，得到一行虚拟均匀线阵的接收数据。选择出第h列子阵通道数据方法为
xh(t)＝J1x(t) (9)
其中
Figure BSA0000235590650000032
进而得到第h列子阵的自适应权为
Figure BSA0000235590650000033
其中，
Figure BSA0000235590650000034
表示第h列子阵的期望导向矢量。则第h列子阵的自适应输出为
Figure BSA0000235590650000035
那么N列子阵的自适应输出可组成一行虚拟均匀线阵的接收数据
Figure BSA0000235590650000036
(3)采用子空间方法求出真实目标的方位角。首先求得式(13)的协方差矩阵
Figure BSA0000235590650000037
其中，L表示快拍数。对协方差矩阵进行特征分解，得到噪声子空间EN。通过搜索下式的最大值来求得真实目标的方位角
Figure BSA0000235590650000038
上式中ar表示一行虚拟均匀线阵的导向矢量，需要指出的是，这里只进行一维搜索，方法与传统极化阵列的降维MUSIC方法一致。
(4)基于步骤(1)中的子阵通道数据，对每行子阵进行空域-极化域自适应波束形成，得到一列虚拟均匀线阵的接收数据。选择出第g行子阵通道数据方法为
xh(t)＝J2x(t) (16)
其中
Figure BSA0000235590650000041
进而得到第g行子阵的自适应权为
Figure BSA0000235590650000042
其中，
Figure BSA0000235590650000043
表示第g行子阵的期望导向矢量。则第g行的自适应输出为
Figure BSA0000235590650000044
那么N行子阵的自适应输出可组成一列虚拟均匀线阵的接收数据
Figure BSA0000235590650000045
(5)采用子空间方法求出真实目标的俯仰角。首先求得式(20)的协方差矩阵
Figure BSA0000235590650000046
对协方差矩阵进行特征分解，得到噪声子空间EN。通过搜索下式的最大值来求得真实目标的俯仰角
Figure BSA0000235590650000047
上式中ac表示一列虚拟均匀线阵的导向矢量，同样，这里只进行一维搜索，方法与传统极化阵列的降维MUSIC方法一致。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (4)

1.主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角方法，包括以下技术步骤：
(1)将阵列划分成多个子阵，形成子阵通道数据；
(2)对每列子阵进行空域-极化域自适应波束形成，得到一行虚拟均匀线阵的接收数据；
(3)采用子空间方法求出真实目标的方位角；
(4)基于步骤(1)中的子阵通道数据，对每行子阵进行空域-极化域自适应波束形成，得到一列虚拟均匀线阵的接收数据；
(5)采用子空间方法求出真实目标的俯仰角。
2.根据权利要求1所述的主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角方法，其特征在于步骤(1)中形成子阵通道数据的方法，将放置方向相同的电偶极子接收数据进行叠加，而将整个阵列接收数据按先后顺序进行叠加。
3.根据权利要求1所述的主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角方法，其特征在于步骤(2)中抑制主瓣干扰的方法，通过对每列子阵进行空域-极化域自适应抑制主瓣干扰，以达到主波束保形从而提高后续测目标方位角精度。
4.根据权利要求1所述的主瓣干扰下极化阵列子阵级空域-极化域联合自适应测角方法，其特征在于步骤(4)中抑制主瓣干扰的方法，通过对每行子阵进行空域-极化域自适应抑制主瓣干扰，以达到主波束保形从而提高后续测目标俯仰角精度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116068502A (zh) * 2023-04-06 2023-05-05 中国人民解放军空军预警学院 一种多域联合抗复合干扰方法、装置和系统

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