主瓣和旁瓣干扰背景下雷达目标角度快速估计方法

摘要

本发明公开了一种主瓣和旁瓣干扰背景下雷达目标角度快速估计方法，由雷达回波数据得到含有目标角度信息的复数据列矢量；计算把扩展导向矢量变换为多项式的变换矩阵；把雷达系统归一化空间频率的似然函数的导数转化为4组低阶多项式；求4组低阶多项式的实根；在实际波束宽度边缘点和多项式实根中求出目标归一化空间频率，得到目标角度。本发明使归一化空间频率的似然函数能够直接求导，其中似然函数的极点由低阶实多项式的根确定，克服了现有技术计算复杂度高、数值稳定性差和不适用于大阵列的不足，具有计算复杂度低，数值稳定性好的优点，特别适用于大阵列在主瓣和旁瓣干扰背景下雷达目标角度的快速估计。

主权项

1.一种主瓣和旁瓣干扰背景下雷达目标角度快速估计方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：雷达通过天线接收回波数据，该数据按阵元通道和距离单元二维矩阵的格式存储，回波数据中包括主瓣干扰和旁瓣干扰、目标信号和接收机噪声；步骤2：用雷达回波数据估计干扰和噪声的协方差矩阵，用自适应滤波、单元平均恒虚警检测方法确定目标所在的距离单元，用干扰和噪声的协方差矩阵的逆矩阵和目标所在距离单元的雷达回波数据构造白化数据矩阵A，用该白化数据矩阵信息和所述协方差矩阵的逆矩阵信息构造两个列矢量，利用两个列矢量信息得到含有目标角度信息的复数据列矢量c；步骤3：计算把扩展导向矢量变换为多项式的变换矩阵F；(3a)求雷达虚拟波束宽度内扩展导向矢量的低秩子空间U_P；(3b)在虚拟波束宽度内，把不同角度的扩展导向矢量在子空间的投影系数矢量用多项式进行拟合，得到系数矩阵B；(3c)用低秩子空间U_P、系数矩阵B和对角阵D相乘，得到把扩展导向矢量转化为多项式的变换矩阵：F＝U_PDB其中D是大小为P×P的对角阵，P是低秩子空间U_P的维数，D＝diag([ε₁ ε₂ … ε_P])，diag表示对角阵，D的对角线元素ε_p满足i为虚数单位；步骤4：把实际波束宽度等分成4部分，每一部分的波束宽度小于虚拟波束宽度，运用含有目标角度信息的复数据列矢量c、变换矩阵F和与实际波束宽度等分有关的对角阵Λ_m，把雷达系统归一化空间频率v的似然函数J(v)的导数J(v)′转化为4组低阶多项式J_m(v)′＝β(v)^HF^HΛ_mc，m＝1，2，3，4，其中上标′表示求导，β(v)＝[1 v … v^Q]^T为多项式矢量，Q为多项式阶数，上标T表示转置，上标H表示共轭转置，diag表示对角阵，s₁(v)＝e^-i2π(2N-2)v[1 e^i2πv … e^i2π(4N-4)v]^T是大小为4N-3的扩展导向矢量，i是虚数单位，v₀是视线方向归一化空间频率，是实际波束宽度，N是阵元数，归一化空间频率v的取值范围是$v\in [v_0-\frac{1}{2}{\Delta }_N,v_0+\frac{1}{2}{\Delta }_N];$步骤5：用牛顿法求4组低阶多项式的实根；步骤6：把实际波束宽度的边缘点和4组低阶多项式的实根代入归一化空间频率似然函数J(v)，计算出似然函数的最大值，最大值对应的归一化空间频率就为目标的归一化空间频率的最大似然估计，用归一化空间频率和角度的转换关系，求出目标的角度。