一种相控阵雷达搜索捕获目标的方法

摘要

本发明公开一种相控阵雷达搜索捕获目标的方法，属于相控阵跟踪雷达信号处理领域。本发明包括搜索过程和捕获过程，其中搜索过程通过波束引导信息按照两种波位编排状态对雷达信号进行搜索，如果接收信号的能量大于门限，判定符合转入捕获过程；捕获过程与普通相控阵雷达捕获方法相比，不仅进行了多次检测，以降低虚警概率，还增加了类单脉冲和差波束测角和α-β滤波闭环的测角和跟踪滤波过程，利用跟踪滤波处理过程中新息过程中角度余弦残差为参量做判决，判断是否捕获成功，使得捕获过程有一个收敛的过程，在初始波束指向目标位置有较大误差时候，捕获到的雷达信号更稳定可靠，可使得整个相控阵自动跟踪系统更加稳健。

主权项

一种相控阵雷达搜索捕获目标的方法，具体包括以下步骤：步骤1.相控阵雷达子阵划分；将相控阵雷达天线划分成四个子阵，分别记为子阵1、子阵2、子阵3及子阵4；步骤2.设定能量检测门限E_t；记n₁(n)、n₂(n)、n₃(n)、n₄(n)分别为所述四个子阵均未接收到捕获目标的信号时相应的输出信号，则此时合成信号记为n_Σ＝n₁(n)+n₂(n)+n₃(n)+n₄(n)，由此得噪声总能量：$E_{\Sigma }=\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{n_{\Sigma }}^2\left(n\right)$求解所述噪声总能量的均值以及方差σ_Σ，得能量检测门限其中k₁∈[1.0,1.2]、k₂∈[4,5]；步骤3.目标搜索过程；从载体平台提供的引导信息获得目标的初始位置后，控制相控阵雷达天线的波束位置指向该初始位置，并以该初始位置为中心进行波束搜索；波束搜索具体采用以下方式进行：步骤3‑1.构建两种不同范围的用于波束搜索的波位排列，分别记为排列1、排列2；所述排列1包括5个波位：中心波位1，分别位于中心波位1的左上方、右上方、左下方及右下方的波位2、3、4及波位5；所述中心波位1与波位2、3、4、5相交叠，所述排列1中波位2、3、4、5的中心均与波位1的中心相距半个波束宽度；所述排列2包括呈九宫格排列的九个波位：波位1位于九宫格中心，所述九宫格第一排由左至右分别为波位2、3及波位4，波位1的左、右分别为波位5、波位6，九宫格第三排由左至右分别为波位7、8、9；排列2中左右或上下相邻的两个波位中心之间均相距一个波束宽度；步骤3‑2.以目标的初始位置为中心波位1构建排列1所示的波束搜索排列方式，将相控阵雷达的波束指向调整至目标的初始位置，计算此时四个子阵合成信号的能量F_Σ；所述合成信号的能量具体由以下方法获得：以子阵1为参考子阵，分别对每个子阵做波束形成，得到相应的输出信号y₁(n)、y₂(n)、y₃(n)及y₄(n)，将所述四个输出信号合成得Y_Σ(n)＝y₁(n)+y₂(n)+y₃(n)+y₄(n)，由此求解出四个子阵合成信号的能量：其中N为时域上的总采样点数；若所述能量F_Σ不小于所述能量检测门限E_t，则目标搜索完成，记此时相控阵雷达的波束指向为捕获用波束指向，执行步骤4；否则，将相控阵雷达的波束指向依次调整至波位2、3、4、5直至四个子阵合成信号的能量F_Σ不小于所述能量检测门限E_t时止；若将相控阵雷达的波束指向调整至波位5时，四个子阵合成信号的能量F_Σ依旧小于所述能量检测门限E_t，执行步骤3‑3；步骤3‑3.以目标的初始位置为中心波位1构建排列2所示的波束搜索排列方式，将相控阵雷达的波束指向调整至目标的初始位置，计算此时四个子阵合成信号的能量；若所述能量F_Σ不小于所述能量检测门限E_t，则目标搜索完成，记此时相控阵雷达的波束指向为捕获用波束指向，执行步骤4；否则，将相控阵雷达的波束指向依次调整至波位2、3、4、5、6、7、8、9直至四个子阵合成信号的能量F_Σ不小于所述能量检测门限E_t时止；若将相控阵雷达的波束指向调整至波位9时，四个子阵合成信号的能量F_Σ依旧小于所述能量检测门限E_t，则载体平台重新初始化获得最新的引导信息并向相控阵雷达提供目标的最新初始位置，并再次执行步骤3‑1至步骤3‑3；步骤4.目标捕获过程；步骤4‑1.以步骤3所得的捕获用波束指向作为类单脉冲测角的初始值，利用和差波束比幅测角方法求解处目标信号的方位角和俯仰角步骤4‑2.根据和差波束比幅测角得到测量角度求得对应角度下的方向余弦为：以目标在三个方向的方向余弦及其变化的速度为状态向量：${\left[\begin{array}{cccccc}{x}_c& {\stackrel{·}{x}}_c& y_c& {\stackrel{·}{y}}_c& z_c& {\stackrel{·}{z}}_c\end{array}\right]}^T$其中为方向余弦变化的速度，应用α‑β算法跟踪滤波得到入射角度估计值作为下一次测角的初始角度；步骤4‑3.在进行α‑β滤波时，计算新息过程α(n)时应将其模值与门限W做判决，若满足：其中z(n)为α‑β滤波过程中的观测信号；则认为观测数据有效，并进行状态估计，求解下一次测角的初始角度；否则新息过程α(n)判为野值；门限值选为W选为三个方向观测噪声标准差各自的3倍所组成的向量；步骤4‑4.若当前观测值被判为野值，则在状态估计时利用前一周期的状态向量估计值做线性外推，当连续3个观测时刻均检测到野值时判定为跟踪目标丢失，此时应当重新初始化α‑β跟踪滤波器重新执行步骤3至步骤4所述的整个搜索和捕获过程；步骤4‑5.滤波过程中将角度余弦残差|α_t|和|β_t|与门限做判决，门限值通常取1/6至1/3波束宽度，当|α_t|和|β_t|均小于所述门限值时则认为捕获过程收敛，目标捕获完成可以转入跟踪过程，否则，将重复执行步骤4‑1至步骤4‑4直至捕获过程收敛，完成目标捕获。