CN113126076A - 基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法及装置，包括：构建发射‑接收信号模型，所述发射‑接收信号模型包括PA雷达、FDA雷达；根据所述发射‑接收信号模型获取接收信号，所述接收信号包括PA雷达接收数据、FDA雷达接收数据；根据所述PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值；根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值；根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值。本发明方法，将PA雷达与FDA雷达的优点相结合，不同于分时模式，本实施例占用时间资源更少，可以同时实现角度、距离的高精度估计。

Description

基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法及装置

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法及装置。

背景技术

脉冲雷达是雷达的一种。能够辐射较短的高频脉冲，然后天线转接到接收机接收信号，因此发射和接收信号在时间上是分开的。脉冲雷达用于测距，尤其适于同时测量多个目标的距离。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。

脉冲雷达接收信号中包含了感兴趣信号(Signal Of Interest，简称SOI)的距离、角度信息，通过波束形成输出可以估计目标距离和角度参数。但由于阵元稀疏分布或高脉冲重复频率，估计得到的参数信息可能会出现模糊。传统相控阵雷达通过波束形成实现高天线增益因此具有高角度分辨率，但由于其不具有距离维自由度，无法直接估计距离模糊度，进而导致距离估计精度降低。同时，频率分集阵列雷达具有距离维自由度，具有距离模糊分辨能力，但是其距离和角度信息在发射域内耦合。如何解决模糊并同时实现高精度的距离、角度参数估计是当前的一个难点。“W.Wang and H.Shao,“Range-anglelocalization of targets by a double-pulse frequency diverse array radar,”IEEEJournal of Selected Topics in Signal Processing,vol.8,no.1,pp.106-114,February 2014.”中提出了一种利用双脉冲FDA雷达进行参数估计的方法(以下简称：双脉冲法)，其算法为：结合PA和FDA两种雷达，使用分时模式，在第一个脉冲使用零频率增量估计SOI的角度，在第二个脉冲使用非零频率增量估计距离参数；“J.Xu,G.Liao,S.Zhu,L.Huang and H.C.So,“Joint range and angle estimation using MIMO radar withfrequency diverse array,”IEEE Transactions on Signal Processing,vol.63,no.13,pp.3396-3410,July 2015.”中提出了一种基于FDA-MIMO体制下联合距离角度估计，其算法为：利用MIMO体制优势，在发射域进行波束形成，实现无模糊估计；“C.Cui,J.Xu,R.Gui,W.Wang and W.Wu,“Search-free DOD,DOA and range estimation for bistatic FDA-MIMO radar,”IEEE Access,vol.6,pp.15431-15445,March 2018.”中提出了一种基于旋转不变技术的双基地FDA-MIMO雷达无需搜索的参数估计方法，其算法为：在双基地模式下，利用非线性频率增量，使用旋转不变技术，得到参数估计结果。

但是，双脉冲法由于PA和FDA雷达的分时工作，需要较长的时间资源；FDA-MIMO体制下的参数估计由于发射域内距离自由度与角度耦合，仅能直接在接收域估计角度，导致角度估计精度低；若FDA雷达采用非线性的频率增量，会导致发射域内波束能量损失，使得估计性能下降；最后，传统PA雷达由于不具有距离维自由度，无法直接由接收端波束形成输出估计距离模糊数，使得距离估计精度低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法及装置。

本发明的一个实施例提供了一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，包括：

构建发射-接收信号模型，所述发射-接收信号模型包括PA雷达、FDA雷达；

根据所述发射-接收信号模型获取接收信号，所述接收信号包括PA雷达接收数据、FDA雷达接收数据；

根据所述PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值；

根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值；

根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值。

在本发明的一个实施例中，构建的发射-接收信号模型包括发射端、接收端，其中：

所述发射端包括PA雷达、FDA雷达，所述PA雷达位于左侧且包含L个阵元，所述FDA雷达位于右侧且包含M个阵元，相邻阵元间距均为d，所有阵元均发射正交信号；

所述接收端接收PA雷达、FDA雷达发射的雷达信号。

在本发明的一个实施例中，根据所述发射-接收信号模型获取的接收信号表示为：

其中，y表示接收信号，y^PA表示PA雷达接收数据，y^FDA表示FDA雷达接收数据，ξ表示目标散射系数，

表示Kronecker积，

表示发射后波束形成输出，λ₀表示发射信号波长，θ₀表示PA发射端波束指向，θ表示空间内目标角度，d表示阵元间距，

表示相位差值，a(R,θ)表示FDA雷达发射导向矢量，

Δf表示FDA雷达频率增量，c表示光速，R表示目标距离，[·]^T表示转置操作，b(θ)表示接收导向矢量，

N＝L+M。

在本发明的一个实施例中，根据所述PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值包括：

根据所述接收导向矢量计算第一权矢量；

根据所述PA雷达接收数据、所述第一权矢量构建第一角度估计函数；

对所述第一角度估计函数进行角度估计得到所述第一角度估计值。

在本发明的一个实施例中，根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值包括：

对所述FDA雷达接收数据进行补偿得到补偿后的FDA雷达接收数据；

根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行距离模糊数估计得到距离模糊数估计值；

根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值、所述距离模糊数估计值进行主值距离差估计得到主值距离差估计值；

根据所述距离模糊数估计值、所述主值距离差估计值计算得到所述无模糊距离估计值。

在本发明的一个实施例中，对所述FDA雷达接收数据进行补偿得到补偿后的FDA雷达接收数据包括：

构建补偿矢量；

根据所述补偿矢量对所述FDA雷达接收数据进行补偿得到所述补偿后的FDA雷达接收数据。

在本发明的一个实施例中，根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行距离模糊数估计得到距离模糊数估计值包括：

计算补偿距离，根据所述补偿距离得到补偿后的FDA雷达发射导向矢量；

根据所述补偿后的FDA雷达发射导向矢量、所述接收导向矢量、所述第一角度估计值计算第二权矢量；

根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第二权矢量构建距离模糊数估计函数；

对所述距离模糊数估计函数进行模糊距离估计得到所述距离模糊数估计值。

在本发明的一个实施例中，根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值、所述距离模糊数估计值进行主值距离差估计得到主值距离差估计值包括：

构建补偿后的FDA雷达接收数据的协方差矩阵；

根据所述补偿后的FDA雷达发射导向矢量、所述接收导向矢量、所述第一角度估计值、所述距离模糊数估计值、所述补偿后的FDA雷达接收数据的协方差矩阵计算第三权矢量；

根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第三权矢量构建主值距离差估计函数；

对所述主值距离差估计函数进行主值距离差估计得到所述主值距离差估计值。

在本发明的一个实施例中，根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值包括：

根据所述补偿后的FDA雷达发射导向矢量、所述接收导向矢量、所述主值距离差估计值、所述距离模糊数估计值计算第四权矢量；

根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第四权矢量构建第二角度估计函数；

对所述第二角度估计函数进行角度估计得到第二角度估计值；

根据所述第一角度估计值、所述第二角度估计值计算所述最终角度估计值。

本发明的另一个实施例提供了一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计装置，包括：

数据模型构建模块，用于构建发射-接收信号模型，所述发射-接收信号模型包括PA雷达、FDA雷达；

数据获取模块，用于根据所述发射-接收信号模型获取接收信号，所述接收信号包括PA雷达接收数据、FDA雷达接收数据；

第一数据估计模块，用于根据所述PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值；

第二数据估计模块，用于根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值；

第三数据估计模块，用于根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，将PA雷达与FDA雷达的优点相结合，不同于分时模式，本实施例占用时间资源更少，可以同时实现角度、距离的高精度估计。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法中发射-接收信号模型示意图；

图3是本发明实施例提供的在不同信噪比下本发明协作式雷达估计方法距离估计的均方根误差示意图；

图4是本发明实施例提供的在不同信噪比下本发明协作式雷达估计方法角度估计的均方根误差对比示意图；

图5是本发明实施例提供的一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

为解决由于距离模糊和角度估计而导致的目标定位问题，请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法的流程示意图。本实施例提出了一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，该基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法包括以下步骤：

步骤1、构建发射-接收信号模型，发射-接收信号模型包括PA雷达、FDA雷达。

具体而言，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法中发射-接收信号模型示意图，本实施例构建的发射-接收信号模型包括发射端、接收端，发射端为一维线阵，具体该一维线阵被分为PA雷达、FDA雷达两个部分：PA雷达位于左侧且包含L个阵元，FDA雷达位于右侧且包含M个阵元，相邻阵元间距均为d，所有阵元均发射正交信号，以使接收端可以良好分离接收PA雷达、FDA雷达发射的雷达信号。

步骤2、根据发射-接收信号模型获取接收信号，接收信号包括PA雷达接收数据、FDA雷达接收数据。

具体而言，本实施例根据步骤1构建的发射-接收信号模型，通过回波快拍数据，重建获取双模雷达的接收信号，获取的双模雷达的接收信号表示为：

其中，y表示接收信号，y^PA表示PA雷达接收数据，y^FDA表示FDA雷达接收数据，ξ表示目标散射系数，

表示Kronecker积，

表示发射后波束形成输出，λ₀表示发射信号波长，θ₀表示PA发射端波束指向，θ表示空间内目标角度，d表示阵元间距，

表示相位差值，a(R,θ)表示FDA雷达发射导向矢量，

Δf表示FDA雷达频率增量，c表示光速，R表示目标距离，[·]^T表示转置操作，b(θ)表示接收导向矢量，

N＝L+M。

步骤3、根据PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值。

具体而言，本实施例步骤3根据PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值包括步骤3.1、步骤3.2：

步骤3.1、根据接收导向矢量计算第一权矢量。

具体而言，由公式(1)得知接收导向矢量

本实施例根据接收导向矢量b(θ)计算第一权矢量，具体计算的第一权矢量w(θ)表示为：

w(θ)＝b(θ) (2)

步骤3.2、根据PA雷达接收数据、第一权矢量构建第一角度估计函数。

具体而言，根据公式(1)可以获取PA雷达接收数据，根据PA雷达接收数据和公式(2)计算的第一权矢量w(θ)构建第一角度估计函数，构建的第一角度估计函数表示为：

其中，k表示第k个快拍，K表示快拍总数，(·)^H表示共轭转置操作，

表示PA雷达的第k次快拍PA雷达接收数据。

步骤3.3、对第一角度估计函数进行角度估计得到第一角度估计值。

具体而言，本实施例步骤3.3采用最大似然(Maximum likelihood，简称ML)方法对第一角度估计函数进行角度估计得到第一角度估计值。

步骤4、根据FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值。

具体而言，本实施例步骤4根据FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值包括步骤4.1、步骤4.2、步骤4.3、步骤4.4：

步骤4.1、对FDA雷达接收数据进行补偿得到补偿后的FDA雷达接收数据。

具体而言，由于FDA雷达存在距离依赖性，因此本实施例步骤4.1对FDA雷达接收数据进行补偿得到补偿后的FDA雷达接收数据，具体包括：构建补偿矢量；根据补偿矢量对FDA雷达接收数据进行补偿得到补偿后的FDA雷达接收数据。本实施例构造的补偿矢量g_l表示为：

其中，r_l表示主值距离，由距离单元个数以及距离单元大小决定。

然后，根据补偿矢量g_l对每一个快拍得到的FDA雷达接收数据进行补偿，得到补偿后的FDA雷达接收数据，补偿后的FDA雷达接收数据表示为：

其中，

表示FDA雷达的补偿后的第k次快拍数据，diag(·)表示对角化操作，

表示FDA雷达的第k个快拍FDA雷达接收数据，

表示Kronecker积，1_M表示一M维单位矩阵。

步骤4.2、根据补偿后的FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行距离模糊数估计得到距离模糊数估计值。

具体而言，本实施例采用ML方法根据补偿后的FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行距离模糊数估计，具体步骤4.2包括步骤4.2.1、步骤4.2.2、步骤4.2.3、步骤4.2.4：

步骤4.2.1、计算补偿距离，根据补偿距离得到补偿后的FDA雷达发射导向矢量。

具体而言，考虑到当前待检测距离门，本实施例首先构建了补偿距离方程：

R-r_l＝r_Δ+(p-1)R_u (6)

其中，R表示目标距离，r_l表示主值距离，r_Δ表示主值距离差，p表示距离模糊数，R_u表示FDA雷达最大无模糊距离。则根据补偿距离得到的补偿后的FDA雷达发射导向矢量表示为：

步骤4.2.2、根据补偿后的FDA雷达发射导向矢量、接收导向矢量、第一角度估计值计算第二权矢量。

具体而言，由公式(7)得到补偿后的FDA雷达发射导向矢量，此时

中r_Δ取值为0、θ取值为第一角度估计值

即此时的补偿后的FDA雷达发射导向矢量表示为

同样接收导向矢量表示为

则本实施例计算得到的第二权矢量表示为：

步骤4.2.3、根据补偿后的FDA雷达接收数据、第二权矢量构建距离模糊数估计函数。

具体而言，本实施例根据公式(5)得到了补偿后的FDA雷达接收数据，以及根据公式(8)计算的第二权矢量构建距离模糊数估计函数，构建的距离模糊数估计函数表示为：

其中，N_a表示最大距离模糊数。

步骤4.2.4、对距离模糊数估计函数进行模糊距离估计得到距离模糊数估计值。

具体而言，本实施例步骤4.2.4采用ML方法对距离模糊数估计函数进行模糊距离估计得到距离模糊数估计值。

步骤4.3、根据补偿后的FDA雷达接收数据、第一角度估计值、距离模糊数估计值进行主值距离差估计得到主值距离差估计值。

具体而言，本实施例采用ML方法根据补偿后的FDA雷达接收数据、第一角度估计值、距离模糊数估计值进行主值距离差估计，具体步骤4.3包括步骤4.3.1、步骤4.3.2、步骤4.3.3：

步骤4.3.1、构建补偿后的FDA雷达接收数据的协方差矩阵。

具体而言，本实施例首先构建了补偿后的FDA雷达接收数据的协方差矩阵方程：

步骤4.3.2、根据补偿后的FDA雷达发射导向矢量、接收导向矢量、第一角度估计值、距离模糊数估计值、补偿后的FDA雷达接收数据的协方差矩阵计算第三权矢量。

具体而言，本实施例在自适应波束形成(Minimum Variance DistortionlessResponse，简称MVDR)准则下计算第三权矢量，由公式(10)得到了补偿后的FDA雷达接收数据的协方差矩阵，以及此时的补偿后的FDA雷达发射导向矢量表示为

接收导向矢量表示为

则本实施例计算得到的第三权矢量表示为：

其中，

(·)^-1表示矩阵取逆操作。

步骤4.3.3、根据补偿后的FDA雷达接收数据、第三权矢量构建主值距离差估计函数。

具体而言，本实施例根据公式(5)得到了补偿后的FDA雷达接收数据，以及根据公式(11)计算的第三权矢量构建主值距离差估计函数，构建的主值距离差估计函数表示为：

步骤4.3.4、对主值距离差估计函数进行主值距离差估计得到主值距离差估计值。

具体而言，本实施例步骤4.3.4采用ML方法对主值距离差估计函数进行主值距离差估计得到主值距离差估计值。

步骤4.4、根据距离模糊数估计值、主值距离差估计值计算得到无模糊距离估计值。

具体而言，本实施例根据公式(9)得到了距离模糊数估计值，以及根据公式(12)得到了主值距离差估计值，将其均代入公式(6)计算得到无模糊距离估计值，即表示为：

步骤5、根据FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值。

具体而言，本实施例步骤5根据FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值包括步骤5.1、步骤5.2、步骤5.3、步骤5.4：

步骤5.1、根据补偿后的FDA雷达发射导向矢量、接收导向矢量、主值距离差估计值、距离模糊数估计值计算第四权矢量。

具体而言，在计算第四权矢量时，补偿后的FDA雷达发射导向矢量表示为

接收导向矢量表示为b(θ)，则本实施例计算得到的第四权矢量表示为：

步骤5.2、根据补偿后的FDA雷达接收数据、第四权矢量构建第二角度估计函数。

具体而言，本实施例根据公式(5)得到了补偿后的FDA雷达接收数据，以及根据公式(14)计算的第四权矢量构建第二角度估计函数，构建的第二角度估计函数表示为：

步骤5.3、对第二角度估计函数进行角度估计得到第二角度估计值。

具体而言，本实施例步骤5.3采用ML方法对第二角度估计函数进行角度估计得到第二角度估计值。

步骤5.4、根据第一角度估计值、第二角度估计值计算最终角度估计值。

具体而言，本实施例根据公式(3)得到了第一角度估计值

以及根据公式(15)得到了第二角度估计值

根据第一角度估计值

第二角度估计值

计算最终角度估计值，最终估计估计值表示为：

为了验证本实施例提出的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法的有效性，通过以下仿真实验进一步说明。

仿真条件：

假设发射端一维线阵中分为的两部分中：PA雷达发射阵元数为10，FDA发射阵元数为10，相邻阵元间距为0.15m，脉冲重复频率PRF为5KHz，快拍数为200，最大无模糊距离为30km，距离模糊数为5。

仿真1：

请参见图3，图3是本发明实施例提供的在不同信噪比下本发明协作式雷达估计方法距离估计的均方根误差示意图。由于PA雷达不具有距离自由度，无法实现无模糊距离估计，而由图3可以看出，在发射频率增量Δf＝451KHz的双模式雷达协作下，距离估计具有较小的克拉美罗界，并且在较低信噪比时，均方根误差(Root Mean Squared Error，简称RMSE)也较小。在信噪比大于-17dB情况下，双模式雷达协作的距离估计RMSE小于1m，说明本发明可以实现高精度的估计距离。同时还可看出随着信噪比的增加，RMSE逐渐逼近克拉美罗界，精度提升。

仿真2：

请参见图4，图4是本发明实施例提供的在不同信噪比下本发明协作式雷达估计方法角度估计的均方根误差示意图，此时信噪比SNR由-25dB至5dB，并且进行了200次蒙特卡洛实验。由图4可以看出，随着信噪比的增加，角度估计的RMSE逐渐逼近克拉美罗界，说明信噪比可以提升估计精度。在信噪比为5dB情况下，FDA雷达模式下对应克拉美罗界最大，PA雷达次之，本发明提出协作式雷达估计方法的克拉美罗界最小，为0.01°，并且实际情况下，三种情况RMSE也符合这一规律，说明本发明提出方法角度可以有效减小估计误差，提升角度估计精度。

综上所述，本发明提出的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，可解决距离模糊情况下的距离估计问题，并且给出高精度的角度估计。

综上所述，本实施例提出的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，将PA雷达与FDA雷达的优点相结合，不同于分时模式，本实施例占用时间资源更少，可以同时实现角度、距离的估计，由于可以有效获取目标距离模糊数，实现了无模糊距离估计，提升了距离估计精度，并且解决了现在角度估计精度不足的问题，提升了一定的角度估计精度。

实施例二

在实施例一的基础上，请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计装置结构示意图，本实施例提出了一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计装置，包括：

数据模型构建模块，用于构建发射-接收信号模型，发射-接收信号模型包括PA雷达、FDA雷达。

具体而言，本实施例数据模型构建模块中构建的发射-接收信号模型包括发射端、接收端，其中：

发射端包括PA雷达、FDA雷达，PA雷达位于左侧且包含L个阵元，FDA雷达位于右侧且包含M个阵元，相邻阵元间距均为d，所有阵元均发射正交信号；

接收端接收PA雷达、FDA雷达发射的雷达信号。

数据获取模块，用于根据发射-接收信号模型获取接收信号，接收信号包括PA雷达接收数据、FDA雷达接收数据。

具体而言，本实施例数据获取模块中根据发射-接收信号模型获取的接收信号表示为：

其中，y表示接收信号，y^PA表示PA雷达接收数据，y^FDA表示FDA雷达接收数据，ξ表示目标散射系数，

表示Kronecker积，

表示发射后波束形成输出，λ₀表示发射信号波长，θ₀表示PA雷达发射端指向，θ表示空间内目标角度，d表示阵元间距，

表示相位差值，a(R,θ)表示FDA雷达发射导向矢量，

Δf表示FDA雷达频率增量，c表示光速，R表示目标距离，[·]^T表示转置操作，b(θ)表示接收导向矢量，

N＝L+M。

第一数据估计模块，用于根据PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值。

具体而言，本实施例第一数据估计模块中根据PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值包括：

根据接收导向矢量计算第一权矢量；

根据PA雷达接收数据、第一权矢量构建第一角度估计函数；

对第一角度估计函数进行角度估计得到第一角度估计值。

第二数据估计模块，用于根据FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值。

具体而言，本实施例第二数据估计模块中根据FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值包括：

对FDA雷达接收数据进行补偿得到补偿后的FDA雷达接收数据；

根据补偿后的FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行距离模糊数估计得到距离模糊数估计值；

根据补偿后的FDA雷达接收数据、第一角度估计值、距离模糊数估计值进行主值距离差估计得到主值距离差估计值；

根据距离模糊数估计值、主值距离差估计值计算得到无模糊距离估计值。

进一步地，本实施例对FDA雷达接收数据进行补偿得到补偿后的FDA雷达接收数据包括：

构建补偿矢量；

根据补偿矢量对FDA雷达接收数据进行补偿得到补偿后的FDA雷达接收数据。

进一步地，本实施例根据补偿后的FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行距离模糊数估计得到距离模糊数估计值包括：

计算补偿距离，根据补偿距离得到补偿后的FDA雷达发射导向矢量；

根据补偿后的FDA雷达发射导向矢量、接收导向矢量、第一角度估计值计算第二权矢量；

根据补偿后的FDA雷达接收数据、第二权矢量构建距离模糊数估计函数；

对距离模糊数估计函数进行模糊距离估计得到距离模糊数估计值。

进一步地，本实施例根据补偿后的FDA雷达接收数据、第一角度估计值、距离模糊数估计值进行主值距离差估计得到主值距离差估计值包括：

构建补偿后的FDA雷达接收数据的协方差矩阵；

根据补偿后的FDA雷达发射导向矢量、接收导向矢量、第一角度估计值、距离模糊数估计值、补偿后的FDA雷达接收数据的协方差矩阵计算第三权矢量；

根据补偿后的FDA雷达接收数据、第三权矢量构建主值距离差估计函数；

对主值距离差估计函数进行主值距离差估计得到主值距离差估计值。

第三数据估计模块，用于根据FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值。

具体而言，本实施例第三数据估计模块中根据FDA雷达接收数据、第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值包括：

根据补偿后的FDA雷达发射导向矢量、接收导向矢量、主值距离差估计值、距离模糊数估计值计算第四权矢量；

根据补偿后的FDA雷达接收数据、第四权矢量构建第二角度估计函数；

对第二角度估计函数进行角度估计得到第二角度估计值；

根据第一角度估计值、第二角度估计值计算最终角度估计值。

本实施例提供的一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计装置，可以执行上述基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，其特征在于，包括：

构建发射-接收信号模型，所述发射-接收信号模型包括PA雷达、FDA雷达；

根据所述发射-接收信号模型获取接收信号，所述接收信号包括PA雷达接收数据、FDA雷达接收数据；

根据所述PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值；

根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值；

根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值。

2.根据权利要求1所述的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，其特征在于，构建的发射-接收信号模型包括发射端、接收端，其中：

所述发射端包括PA雷达、FDA雷达，所述PA雷达位于左侧且包含L个阵元，所述FDA雷达位于右侧且包含M个阵元，相邻阵元间距均为d，所有阵元均发射正交信号；

所述接收端接收PA雷达、FDA雷达发射的雷达信号。

3.根据权利要求2所述的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，其特征在于，根据所述发射-接收信号模型获取的接收信号表示为：

其中，y表示接收信号，y^PA表示PA雷达接收数据，y^FDA表示FDA雷达接收数据，ξ表示目标散射系数，

表示Kronecker积，

表示发射后波束形成输出，λ₀表示发射信号波长，θ₀表示PA雷达发射端波束指向，θ表示空间内目标角度，d表示阵元间距，

表示相位差值，a(R,θ)表示FDA雷达发射导向矢量，

Δf表示FDA雷达频率增量，c表示光速，R表示目标距离，[·]^T表示转置操作，b(θ)表示接收导向矢量，

N＝L+M。

4.根据权利要求3所述的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，其特征在于，根据所述PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值包括：

根据所述接收导向矢量计算第一权矢量；

根据所述PA雷达接收数据、所述第一权矢量构建第一角度估计函数；

对所述第一角度估计函数进行角度估计得到所述第一角度估计值。

5.根据权利要求3所述的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，其特征在于，根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值包括：

对所述FDA雷达接收数据进行补偿得到补偿后的FDA雷达接收数据；

根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行距离模糊数估计得到距离模糊数估计值；

根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值、所述距离模糊数估计值进行主值距离差估计得到主值距离差估计值；

根据所述距离模糊数估计值、所述主值距离差估计值计算得到所述无模糊距离估计值。

6.根据权利要求5所述的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，其特征在于，对所述FDA雷达接收数据进行补偿得到补偿后的FDA雷达接收数据包括：

构建补偿矢量；

根据所述补偿矢量对所述FDA雷达接收数据进行补偿得到所述补偿后的FDA雷达接收数据。

7.根据权利要求5所述的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，其特征在于，根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行距离模糊数估计得到距离模糊数估计值包括：

计算补偿距离，根据所述补偿距离得到补偿后的FDA雷达发射导向矢量；

根据所述补偿后的FDA雷达发射导向矢量、所述接收导向矢量、所述第一角度估计值计算第二权矢量；

根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第二权矢量构建距离模糊数估计函数；

对所述距离模糊数估计函数进行模糊距离估计得到所述距离模糊数估计值。

8.根据权利要求7所述的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，其特征在于，根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值、所述距离模糊数估计值进行主值距离差估计得到主值距离差估计值包括：

构建补偿后的FDA雷达接收数据的协方差矩阵；

根据所述补偿后的FDA雷达发射导向矢量、所述接收导向矢量、所述第一角度估计值、所述距离模糊数估计值、所述补偿后的FDA雷达接收数据的协方差矩阵计算第三权矢量；

根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第三权矢量构建主值距离差估计函数；

对所述主值距离差估计函数进行主值距离差估计得到所述主值距离差估计值。

9.根据权利要求8所述的基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计方法，其特征在于，根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值包括：

根据所述补偿后的FDA雷达发射导向矢量、所述接收导向矢量、所述主值距离差估计值、所述距离模糊数估计值计算第四权矢量；

根据所述补偿后的FDA雷达接收数据、所述第四权矢量构建第二角度估计函数；

对所述第二角度估计函数进行角度估计得到第二角度估计值；

根据所述第一角度估计值、所述第二角度估计值计算所述最终角度估计值。

10.一种基于双模式雷达的协作式距离和角度参数估计装置，其特征在于，包括：

数据模型构建模块，用于构建发射-接收信号模型，所述发射-接收信号模型包括PA雷达、FDA雷达；

数据获取模块，用于根据所述发射-接收信号模型获取接收信号，所述接收信号包括PA雷达接收数据、FDA雷达接收数据；

第一数据估计模块，用于根据所述PA雷达接收数据进行角度估计得到第一角度估计值；

第二数据估计模块，用于根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合距离估计得到无模糊距离估计值；

第三数据估计模块，用于根据所述FDA雷达接收数据、所述第一角度估计值进行联合角度估计得到最终角度估计值。

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