机扫米波雷达在多目标情况下的测角方法

摘要

本发明公开了一种机扫米波雷达在多目标情况下的测角方法，主要解决机扫米波雷达在多目标下用传统单脉冲方法测角精度低的问题。其实现步骤为：1）将天线均分为两个子阵，每个子阵下接一个接收机形成左、右两路通道；2）由左右两路接收通道分别接收雷达发射的脉冲信号；3）对接收的回波信号数据进行杂波目标对消处理；4）将杂波对消后的两路数据相干积累；5）由积累后的两路数据得到和波束与差波束；6）利用传统单脉冲方法测出期望目标的偏轴角，并将偏轴角与基准角相加，得到期望目标的准确角度；7）重复步骤3）-6）依次得到所有目标的准确角度。本发明具有测角精度高，稳健性好，能分辨多个目标的优点，可用于机扫米波雷达多目标检测。

主权项

一种机扫米波雷达在多目标情况下的测角方法，包括如下步骤：（1）将机扫天线等效为由N个阵元组成的天线阵，将天线阵均分为左右两个子阵，每个子阵阵元数均为N/2，左右子阵下各接一路接收机，形成左、右两路接收通道，其中N为大于等于4的偶数；（2）将测角范围‑90°～90°每间隔10°划分为一个波位，对于任意一个波位，由左通道的N/2个阵元得到该波位的左通道合成波束B_l，由右通道的N/2个阵元得到该波位的右通道合成波束B_r，由这两个合成波束B_l和B_r得到该波位的鉴角曲线，保存所有波位的鉴角曲线的数据，得到鉴角曲线表；（3）设在机扫雷达的一个波束宽度内存在M个运动的目标，将这M个目标依次编号为U₁,...,U_k,...,U_M，得到每个目标的多普勒频率其中f₀表示雷达发射信号的中心频率，c代表光速，V_k表示每个目标相对于雷达的径向速度，k=1,2,...,M；（4）机扫雷达在天线扫描工作时，每间隔0.25°发射一个脉冲，一个波束宽度内共发射L个脉冲；将发射第i个脉冲时，天线中心法线与水平参考面的夹角作为基准角i=1,2,...,L；（5）由左通道的N/2个阵元接收机扫雷达在天线扫描工作时发射的L个脉冲，得到左通道回波数据$T_1=\underset{i=1}{\overset{L}{\Sigma }}{Q}_i+n_1,$其中：左通道回波数据T₁中包含了所有目标的回波信息，表示左通道接收第i个脉冲得到的回波数据，i=1,2,...,L；A_ik=[a(θ_k1),...,a(θ_ki),...,a(θ_kL)]表示左通道接收第k个目标的角度信息，式中，a(θ_ki)=[1,exp(j2π1d/λsinθ_ki),...,exp(j2π(N/2‑1)d/λsinθ_ki)]^T表示左通道接收的第i个脉冲包含的第k个目标的方向矢量，θ_ki表示接收第i个脉冲时第k个目标与天线法线的夹角，称为偏轴角；exp表示以e为底的指数幂，j代表虚数单位，d代表阵元间距，λ代表信号波长，[·]^T表示向量的非共轭转置；S_ik=[s_k1,...,s_ki,...,s_kL]^T表示机扫雷达天线接收第k个目标的复包络信息，式中s_ki=exp(j2πf_k(i‑1)t)表示第i个脉冲包含的第k个目标的复包络，f_k表示第k个目标的多普勒频率，t表示脉冲重复周期；n₁表示左通道N/2个阵元接收的噪声，其中n₁是均值为0，方差为1的随机高斯白噪声；（6）由右通道的N/2个阵元接收机扫雷达在天线扫描工作时发射的L个脉冲，得到右通道回波数据$T_2=\underset{i=1}{\overset{L}{\Sigma }}{R}_i+n_2,$其中，右通道回波数据T₂中包含了所有目标的回波信息，表示右通道接收的第i个脉冲得到的回波数据，式中i=1,2,...,L，G_ik=[g(θ_k1),...,g(θ_ki),...,g(θ_kL)]表示右通道接收的第k个目标的角度信息，式中，g(θ_ki)=[exp(j2π(N/2+1)d/λsinθ_ki),...,exp(j2π(N‑1)d/λsinθ_ki)]^T表示右通道接收的第i个脉冲中包含的第k个目标的方向矢量；n₂表示右通道N/2个阵元接收的噪声，其中n₂是均值为0，方差为1的随机高斯白噪声；（7）对接收到的数据做杂波目标对消处理：7a）将第k个目标U_k标记为期望目标，并把其余目标全部看做运动的杂波目标；7b）将左通道回波数据T₁和右通道回波数据T₂中包含的杂波目标数据全部消掉，即利用运动目标显示MTI对消器将杂波目标依次对消，其中，MTI对消器计算公式为：W_l=X_l+1‑exp(j2πtf_m)X_l，l=1,2...,L‑p，式中，m表示杂波目标U_m的编号，m≠k，f_m表示杂波目标U_m的多普勒频率，X_l表示对消杂波目标U_m前的第l列数据，W_l表示对消杂波目标U_m后得到的第l列数据，p表示对消次数且1≤p≤M；7c）重复利用步骤7b）中所述的MTI对消器将所有杂波目标对消掉，得到只包含期望目标U_k的左通道数据Y₁和只包含期望目标U_k的右通道数据Y₂；（8）将只包含期望目标U_k的左通道数据Y₁的全部N/2行进行相干积累，得到左通道积累后的数据Z₁，将只包含期望目标U_k的右通道数据Y₂的全部N/2行进行相干积累，得到右通道积累后的数据Z₂，其中Z₁和Z₂均为1×(L‑M)阶矩阵；（9）对左通道积累后的数据Z₁和右通道积累后的数据Z₂利用和差波束单脉冲方法进行测角，得到期望目标U_k第l个脉冲的目标偏轴角θ_kl，l=1,2，…L‑M；（10）将期望目标U_k第l个脉冲的目标偏轴角θ_kl与第l个脉冲的基准角相加，得到第l个脉冲对目标的测量角度ψ_kl；（11）对由步骤（10）得到的L‑M个测量角度ψ_kl取平均，得到期望目标U_k的准确角度Φ_k，${\Phi }_k=\frac{1}{L-M}\underset{l=1}{\overset{L-M}{\Sigma }}{\psi }_{kl}.$