基于機(jī)掃米波雷達(dá)的改進(jìn)單脈沖測(cè)角方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)掃米波雷達(dá)測(cè)角方法，主要解決機(jī)掃米波雷達(dá)利用傳統(tǒng)單脈沖方法測(cè)角精度低的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟為：1）將天線均分為兩個(gè)子陣，發(fā)射脈沖信號(hào)；2）對(duì)接收的回波信號(hào)進(jìn)行相干積累，得到積累后的數(shù)據(jù)；3）對(duì)積累后的數(shù)據(jù)進(jìn)行DFT運(yùn)算；4）找到多普勒頻率在多普勒通道中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，在該點(diǎn)左右兩邊保留M個(gè)點(diǎn)，其余點(diǎn)置0；5）對(duì)置0后的數(shù)據(jù)進(jìn)行IDFT運(yùn)算；6）由IDFT運(yùn)算后的兩組數(shù)據(jù)得到和波束與差波束；7）對(duì)和波束與差波束進(jìn)行和差波束單脈沖測(cè)角，得到目標(biāo)的偏軸角；8）將偏軸角與基準(zhǔn)角相加得到目標(biāo)的準(zhǔn)確角度。本發(fā)明具有測(cè)角精度高，能分辨多個(gè)目標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)，可用于機(jī)掃米波雷達(dá)的目標(biāo)精準(zhǔn)定位與多目標(biāo)檢測(cè)。
【專利說明】基于機(jī)掃米波雷達(dá)的改進(jìn)單脈沖測(cè)角方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及米波雷達(dá)測(cè)角方法，可用于機(jī)械掃描雷達(dá)中單個(gè)目標(biāo)或多個(gè)目標(biāo)同時(shí)存在時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行單脈沖測(cè)角。
【背景技術(shù)】
[0002]米波雷達(dá)由于信號(hào)衰減小，探測(cè)距離遠(yuǎn)，在超視距探測(cè)、抗電子干擾等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)由于米波雷達(dá)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，波束較寬，使得其角度分辨率差，測(cè)角精度低。機(jī)械掃描雷達(dá)由于成本低，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等因素一直被人們廣泛應(yīng)用。機(jī)掃雷達(dá)測(cè)角方法一般采用最大信號(hào)法，但這種方法的精度較差，尤其是對(duì)于機(jī)掃米波雷達(dá)。其電尺寸較小，波束較寬，最大信號(hào)法測(cè)角精度不高。為了提高測(cè)角精度，可以采用單脈沖測(cè)角技術(shù)。
[0003]張光義院士在“相控陣?yán)走_(dá)原理[M]，北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1994”一書中給出了單脈沖測(cè)角方法。單脈沖測(cè)角方法是指利用單個(gè)脈沖的回波信號(hào)就能測(cè)出目標(biāo)真實(shí)位置的一類測(cè)角方法。在機(jī)掃米波雷達(dá)中利用幅相和差波束單脈沖方法可以很快的得到目標(biāo)的準(zhǔn)確位置。幅相和差波束單脈沖方法是指把雷達(dá)接收的每個(gè)脈沖回波經(jīng)過處理后，得到每個(gè)脈沖的和波束與差波束，通過計(jì)算差和比，查表可知每個(gè)脈沖目標(biāo)的偏軸角。再加上天線的基準(zhǔn)角，就得到單個(gè)脈沖測(cè)得的目標(biāo)角度，對(duì)所有脈沖測(cè)得的角度取平均就是目標(biāo)的真實(shí)位置。
[0004]由于幅相和差波束單脈沖方法實(shí)現(xiàn)方便，計(jì)算量小，測(cè)角精度高，在實(shí)際應(yīng)用中具有很大優(yōu)勢(shì)。但受機(jī)掃米波雷達(dá)波束較寬、中心波束對(duì)不準(zhǔn)目標(biāo)等缺點(diǎn)的影響，幅相和差波束單脈沖測(cè)角方法精度雖然比最大信號(hào)法高，但是其測(cè)角精度受噪聲的影響很大，精度需要進(jìn)一步提高，尤其是在同一波束寬度內(nèi)存在多目標(biāo)的情況下，其測(cè)角精度依然很低，從而影響雷達(dá)的分辨力和探測(cè)、跟蹤目標(biāo)的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述已有的幅相和差波束單脈沖測(cè)角方法的缺點(diǎn)，提出一種基于機(jī)掃米波雷達(dá)的改進(jìn)單脈沖測(cè)角方法，以降低噪聲對(duì)信號(hào)的影響，減小測(cè)角誤差，提高測(cè)角精度。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—、技術(shù)方案
[0008]把機(jī)掃天線等效成由兩個(gè)子陣組成的天線面，在天線掃描過程中對(duì)接收的回波信號(hào)進(jìn)行子陣級(jí)處理，利用離散傅里葉變換DFT將兩路信號(hào)轉(zhuǎn)換到多普勒通道中，將旁瓣的噪聲影響去除掉，然后對(duì)其進(jìn)行離散傅里葉逆變換IDFT，對(duì)處理后得到的數(shù)據(jù)形成和差波束，利用幅相和差波束單脈沖算法測(cè)出目標(biāo)的偏軸角，加上基準(zhǔn)角后得到目標(biāo)真實(shí)位置。
[0009]二、實(shí)現(xiàn)步驟
[0010]基于機(jī)掃米波雷達(dá)的改進(jìn)單脈沖測(cè)角方法，包括如下步驟:
[0011](I)將機(jī)掃天線等效為由N個(gè)陣元組成的天線陣，將天線陣均分為左右兩個(gè)子陣，每個(gè)子陣陣元數(shù)均為N/2，N為大于等于4的偶數(shù)；
[0012](2)將測(cè)角范圍-90°~90°每間隔10°劃分為一個(gè)波位，對(duì)于任意一個(gè)波位，由左半陣的N/2個(gè)陣元得到該波位的左半陣合成波束B1,由右半陣的N/2個(gè)陣元得到該波位的右半陣合成波束由這兩個(gè)合成波束B1和得到該波位的鑒角曲線，保存所有波位的鑒角曲線的數(shù)據(jù)，得到鑒角曲線表；
[0013](3)機(jī)掃雷達(dá)在天線掃描工作時(shí),每間隔0.5°發(fā)射一個(gè)脈沖，一個(gè)波束寬度內(nèi)共發(fā)射L個(gè)脈沖，將發(fā)射第i個(gè)脈沖時(shí)，天線中心法線與水平參考面的夾角作為基準(zhǔn)角約，
I I y 2 y...y T J，
[0014](4)通過N個(gè)陣元接收雷達(dá)發(fā)射的L脈沖的回波信號(hào):X=AS+n，其中:
[0015]A=La(O1),.表示陣元接收信號(hào)包含的目標(biāo)相位信息，其中a( Θ i) = [l, exp(j2 π Id/ λ sin Θ ^ ,..., exp(j2 π (N-1) d/ λ sin θ i)]T 為第 i 個(gè)脈沖的偏軸角矢量，i=l, 2，...，L ; Θ i表示目標(biāo)相對(duì)于天線法線之間的夾角，稱為偏軸角；eXp表示以e為底的指數(shù)冪，j代表虛數(shù)單位，d代表陣元間距，λ代表信號(hào)波長(zhǎng)，[.^表示向量的非共軛轉(zhuǎn)置；
[0016]S=LS1,...S1...，SJt表示陣元接收信號(hào)的復(fù)包絡(luò)，Si表示第i個(gè)脈沖信號(hào)的復(fù)包絡(luò)信息
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)掃米波雷達(dá)的改進(jìn)單脈沖測(cè)角方法，包括如下步驟: (1)將機(jī)掃天線等效為由N個(gè)陣元組成的天線陣，將天線陣均分為左右兩個(gè)子陣，每個(gè)子陣陣元數(shù)均為N/2，N為大于等于4的偶數(shù)； (2)將測(cè)角范圍-90°~90°每間隔10°劃分為一個(gè)波位，對(duì)于任意一個(gè)波位，由左半陣的N/2個(gè)陣元得到該波位的左半陣合成波束B1,由右半陣的N/2個(gè)陣元得到該波位的右半陣合成波束由這兩個(gè)合成波束B1和得到該波位的鑒角曲線，保存所有波位的鑒角曲線的數(shù)據(jù)，得到鑒角曲線表； (3)機(jī)掃雷達(dá)在天線掃描工作時(shí)，每間隔0.5°發(fā)射一個(gè)脈沖，一個(gè)波束寬度內(nèi)共發(fā)射L個(gè)脈沖，將發(fā)射第i個(gè)脈沖時(shí)，天線中心法線與水平參考面的夾角作為基準(zhǔn)角約，I I y 2 y...y T J， (4)通過N個(gè)陣元接收雷達(dá)發(fā)射的L脈沖的回波信號(hào):X=AS+n，其中: A=La(O1),.表示陣元接收信號(hào)包含的目標(biāo)相位信息，其中a( Θ i) = [l, exp(j2 π Id/ λ sin Θ j),..., exp(j2 π (N-1) d/ λ sin θ i)]T 為第 i 個(gè)脈沖的偏軸角矢量，i=l, 2，...，L ; Θ i表示目標(biāo)相對(duì)于天線法線之間的夾角，稱為偏軸角；eXp表示以e為底的指數(shù)冪，j代表虛數(shù)單位，d代表陣元間距，λ代表信號(hào)波長(zhǎng)，[.^表示向量的非共軛轉(zhuǎn)置； S=LS1,...S1...，SJt表示陣元接收信號(hào)的復(fù)包絡(luò)，Si表示第i個(gè)脈沖信號(hào)的復(fù)包絡(luò)信息^ I以W,-煙,其中fd表示目標(biāo)的多普勒頻率，
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于機(jī)掃米波雷達(dá)的改進(jìn)單脈沖測(cè)角方法，其特征在于，步驟(1)所述的將機(jī)掃天線等效為由N個(gè)陣元組成的天線陣，是先將機(jī)掃雷達(dá)的天線等效成由N個(gè)陣元組成的等距線陣，即任意兩個(gè)相鄰陣元之間的陣元間距d均相等，且為米波雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)λ的一半，(1=λ/2;再將等距線陣均分為左右兩個(gè)半陣，左半陣與右半陣的陣元數(shù)均為Ν/2，N為總陣元數(shù)，取值為N ^ 4的偶數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于機(jī)掃米波雷達(dá)的改進(jìn)單脈沖測(cè)角方法，其特征在于，所述步驟(2)中由劃分后的任意一個(gè)波位的左半陣合成波束B1和右半陣合成波束得到該波位的鑒角曲線，按如下步驟進(jìn)行: 2a)由任意一個(gè)波位的左半陣合成波束B1和右半陣合成波束分別得到該波位的左右半陣和波束Β?和左右半陣差波束Βδ:
Β?=Βι+ΒY,
Ba=B1-B1.； 2b)根據(jù)左右半陣差波束Βδ和左右半陣和波束Β?，計(jì)算該波位的差和比:
【文檔編號(hào)】G01S13/06GK103728614SQ201410017227
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】趙永波, 高炎, 水鵬朗, 劉宏偉, 程增飛, 馮大政 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)