雷达低仰角目标的波达方向估计方法

摘要

本发明公开了一种雷达低仰角目标的波达方向估计方法，主要解决现有技术低仰角目标波达方向估计运算量大的问题，其实现步骤是：(1)发射一组带宽不超过载波频率1％的窄带相参脉冲信号；(2)采用均匀线阵接收雷达回波数据；(3)对雷达回波数据进行波束形成，波束指向0°；(4)测量出目标所在的距离采样单元和多普勒通道；(5)根据已获得的所在的距离采样单元和多普勒通道重新对接收到的雷达回波数据进行积累；(6)利用重新积累后的数据构造矩阵束；(7)采用广义特征值分解的总体最小二乘法对构造的矩阵束求解目标的波达方向。本发明与同类方法相比，在保证波达方向估计精度的情况下，不需要角度搜索，运算量小，易于工程实现。

主权项

1.一种雷达低仰角目标的波达方向估计方法，包括如下步骤：1)雷达发射一组带宽不超过载波频率1％的窄带相参脉冲信号；2)通过均匀线阵天线接收雷达回波数据，并将其混频到基带进行离散采样；3)对离散采样后的雷达回波数据进行波束形成，波束指向0°；4)根据波束形成后的数据，测量出目标所在的距离采样单元和多普勒通道；5)根据测量得到的目标所在的距离采样单元和多普勒通道，对离散采样后的雷达回波数据重新进行积累，使每个接收阵元只获得一个样本数；6)利用重新积累后的数据，构造矩阵束：其中，γ为一个任意复数，$J_1^{\mathrm{fb}}{\left[\begin{array}{cccc}{Z}_1& Z_2& ···& Z_L\\ Z_{L+1}^{*}& Z_L^{*}& ···& Z_2^{*}\end{array}\right]}_{2(M-L)\times L},$$J_1^{\mathrm{fb}}={\left[\begin{array}{cccc}{Z}_2& Z_3& ···& Z_{L+1}\\ Z_L^{*}& Z_{L-1}^{*}& ···& Z_1^{*}\end{array}\right]}_{2(M-L)\times L},$()*表示矩阵共轭，$Z_k={\left[\begin{array}{cccc}{q}_k& q_{k+1}& ···& q_{M-L+k-1}\end{array}\right]}_{(M-L)\times 1}^T,$()^T表示矩阵转置，q_k为第k个阵元对离散采样后的雷达回波数据重新进行积累的输出值，k＝1，2，...，L+1，L为自由参数，L取值为M/3～M/2间的整数，M是接收雷达回波数据所采用的均匀线阵天线的阵元个数；7)采用广义特征值分解的总体最小二乘法对构造的矩阵束求解目标的波达方向：(7a)将奇异值分解为$J_2^{\mathrm{fb}}=\left[\begin{array}{cc}{U}_{2s}& U_{2n}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{\Sigma }_{2s}& 0\\ 0& {\Sigma }_{2n}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_{2s}^H\\ V_{2n}^H\end{array}\right],$其中，()^H表示矩阵共轭转置，∑_2s为中两个最大的奇异值所组成的对角阵，∑_2n为中其他奇异值组成的对角阵，U_2s由中两个最大的大奇异值所对应的左奇异向量组成，V_2s由中两个最大的奇异值所对应的右奇异向量组成，U_2n由中其他奇异值所对应的左奇异向量组成，V_2n由中其他奇异值所对应的右奇异向量组成；(7b)将矩阵先左乘再右乘V_2s，得到新的矩阵束：(7c)令$\Phi ={\left({\left(U_{2s}^H{J}_1^{\mathrm{fb}}{V}_{2s}\right)}^H{U}_{2s}^H{J}_1^{\mathrm{fb}}{V}_{2s}\right)}^{-1}{\left(U_{2s}^H{J}_1^{\mathrm{fb}}{V}_{2s}\right)}^H{\Sigma }_{2s}$为广义特征值矩阵，()^-1表示矩阵求逆，对该广义特征值矩阵Φ进行特征值分解，得到特征值γ_i，i＝1，2；(7d)根据特征值γ_i，计算目标的波达方向和多径反射波的波达方向的角度值${\theta }_i=\arcsin (-\frac{\lambda }{2\mathrm{\pi d}}\arg \left({\gamma }_i\right)),$λ为发射信号载波波长，d为接收雷达回波数据所采用的均匀线阵的阵元间距，arg()表示取相位，arcsin()表示取反正弦；(7e)将计算出的θ_i，i＝1，2中的正角度值作为目标的波达方向。