一种基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法

本发明属于雷达信号处理，具体涉及一种基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法。

背景技术：

1、目标定位技术不仅在军用领域和民用领域有着非常重要的应用，在雷达信号处理领域也受到了广泛的关注。

2、传统的单脉冲测角技术包括相位比测角法、幅度比测角法、均匀圆阵法等，其存在角度分辨率低、抗干扰性能差等问题，导致目标定位的准确性降低；并且，传统相控阵雷达受限于其雷达体制的问题，在抗主瓣干扰、提高目标定位准确性等方面表现欠佳，且难以对目标的距离参数进行测量。

技术实现思路

1、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新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供一种基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法，应用于mimo-stca雷达，包括：

3、接收远场点目标反射的回波信号后，对所述回波信号依次进行下变频、数字混频和匹配滤波，得到输出信号矢量；

4、计算和波束权矢量、角度差波束权矢量和距离差波束权矢量，并分别对所述输出信号矢量中的阵元数据进行加权，得到和差波束；所述和差波束包括：和波束、角度差波束及距离差波束；

5、基于所述和差波束，分别生成角度维单脉冲比曲线和距离维单脉冲比曲线；

6、根据所述输出信号矢量、和波束权矢量以及角度差波束权矢量，计算角度维和差比，并从所述角度维单脉冲比曲线中估计远场点目标的角度；

7、根据所述输出信号矢量、和波束权矢量以及距离差波束权矢量，计算距离维和差比，并从所述距离维单脉冲比曲线中估计远场点目标的距离。

8、在本发明的一个实施例中，分别按照如下公式计算和波束权矢量、角度差波束权矢量及距离差波束权矢量：

9、

10、

11、

12、式中，r0表示雷达距离指向，θ0表示雷达角度指向，a(r0,θ0)表示发射导向矢量，b(θ0)表示接收导向矢量，表示克罗内克积，wθδ＝[1,1,…,-1,-1,…,-1]h，h表示共轭转置，⊙表示哈达玛积，aθ(θ0)表示发射角度导向矢量，ar(r0,μδt)表示发射距离导向矢量，μ表示调制斜率，δt表示相邻发射阵元的时延量，wrδ＝[1,-1,…,1,-1,…,1,-1]h。

13、在本发明的一个实施例中，所述和波束表示为：

14、

15、所述角度差波束表示为：

16、

17、所述距离差波束表示为：

18、

19、式中，v(θ，r，μδt)表示输出信号矢量的阵元数据，θ表示目标角度，r表示目标距离，m、n分别表示所述mimo-stca雷达的发射阵元数及接收阵元数，d表示阵元间距，λ表示波长，j表示虚数单位，c表示光速。

20、在本发明的一个实施例中，基于所述和差波束，分别生成角度维单脉冲比曲线和距离维单脉冲比曲线的步骤，包括：

21、基于所述角度差波束与所述和波束之比，生成角度维单脉冲比曲线；

22、基于所述距离差波束与所述和波束之比，生成距离维单脉冲比曲线。

23、在本发明的一个实施例中，基于所述角度差波束与所述和波束之比，生成角度维单脉冲比曲线的步骤，包括：

24、计算所述角度差波束与所述和波束之比，并对得到的角度维和差比取虚部：

25、

26、式中，im表示取虚部，第一比例系数

27、根据所述角度维和差比的虚部f(θ)绘制以角度为横轴、以角度维和差比为纵轴的角度维单脉冲比曲线。

28、在本发明的一个实施例中，基于所述距离差波束与所述和波束之比，生成距离维单脉冲比曲线的步骤，包括：

29、计算所述距离差波束与所述和波束之比，并对得到的距离维和差比取虚部：

30、

31、式中，im表示取虚部，第二比例系数

32、根据所述距离维和差比的虚部f(r)绘制以距离为横轴、以距离维和差比为纵轴的距离维单脉冲比曲线。

33、在本发明的一个实施例中，根据所述输出信号矢量、和波束权矢量以及角度差波束权矢量，计算角度维和差比，并从所述角度维单脉冲比曲线中估计远场点目标的角度的步骤，包括：

34、根据所述输出信号矢量、和波束权矢量以及角度差波束权矢量，计算角度维和差比：

35、

36、式中，y(θ，r)表示输出信号矢量；

37、将所述角度维单脉冲比曲线中与角度维和差比yθ对应的角度，确定为远场点目标的角度。

38、在本发明的一个实施例中，根据所述输出信号矢量、和波束权矢量以及距离差波束权矢量，计算距离维和差比，并从所述距离维单脉冲比曲线中估计远场点目标的距离的步骤，包括：

39、根据所述输出信号矢量、和波束权矢量以及距离差波束权矢量，计算距离维和差比：

40、

41、式中，y(θ,r)表示输出信号矢量；

42、将所述距离维单脉冲比曲线中与距离维和差比yr对应的距离，确定为远场点目标的距离。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

44、本发明提供一种基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法，利用空时编码阵列雷达的距离-角度相关性，形成三通道和差波束，即和波束、角度差波束及距离差波束，并计算出角度维和距离维的单脉冲比曲线，从而实现对目标角度和距离信息的测量。通过采用空时编码阵的新型波形分集雷达体制，在相邻发射阵元间引入了时延差，不仅能够提升目标定位的准确性，同时还能实现对目标距离的测量，且在工程上也更易于实现。

45、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法，其特征在于，应用于mimo-stca雷达，包括：

2.根据权利要求1所述的基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法，其特征在于，分别按照如下公式计算和波束权矢量、角度差波束权矢量及距离差波束权矢量：

3.根据权利要求2所述的基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法，其特征在于，所述和波束表示为：

4.根据权利要求3所述的基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法，其特征在于，基于所述和差波束，分别生成角度维单脉冲比曲线和距离维单脉冲比曲线的步骤，包括：

5.根据权利要求4所述的基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法，其特征在于，基于所述角度差波束与所述和波束之比，生成角度维单脉冲比曲线的步骤，包括：

6.根据权利要求4所述的基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法，其特征在于，基于所述距离差波束与所述和波束之比，生成距离维单脉冲比曲线的步骤，包括：

7.根据权利要求4所述的基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法，其特征在于，根据所述输出信号矢量、和波束权矢量以及角度差波束权矢量，计算角度维和差比，并从所述角度维单脉冲比曲线中估计远场点目标的角度的步骤，包括：

8.根据权利要求4所述的基于新体制雷达的角度-距离联合参数估计方法，其特征在于，根据所述输出信号矢量、和波束权矢量以及距离差波束权矢量，计算距离维和差比，并从所述距离维单脉冲比曲线中估计远场点目标的距离的步骤，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于新体制雷达的角度‑距离联合参数估计方法，包括：接收回波信号后，对回波信号依次进行下变频、数字混频和匹配滤波，得到输出信号矢量；计算和波束权矢量、角度差波束权矢量和距离差波束权矢量，并分别对输出信号矢量中的阵元数据进行加权，得到和差波束；基于和差波束，分别生成角度维单脉冲比曲线和距离维单脉冲比曲线；根据输出信号矢量、和波束权矢量以及角度差波束权矢量\距离差波束权矢量，计算角度维和差比\距离维和差比；从角度维单脉冲比曲线中估计远场点目标的角度，从距离维单脉冲比曲线中估计远场点目标的距离。本发明不仅能够提升目标定位的准确性，同时还能实现对目标距离的测量，且在工程上也更易于实现。

技术研发人员：王华柯,章冬昌,陈伟,全英汇,李思佳,黄铠杰,蔡柏瑞
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4