基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)方位角測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法。該基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法包括以下步驟：利用四單元均勻圓陣Adcock天線來(lái)接收外輻射源調(diào)頻廣播信號(hào)，利用參考天線接收參考信號(hào)；利用參考信號(hào)構(gòu)建雜波空間，根據(jù)雜波空間，對(duì)外輻射源調(diào)頻廣播信號(hào)和參考信號(hào)，進(jìn)行雜波相消處理，得出每個(gè)單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的雜波相消后信號(hào)；對(duì)第k單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的雜波相消后信號(hào)進(jìn)行距離多普勒處理，根據(jù)距離多普勒處理結(jié)果，建立關(guān)于目標(biāo)方位角的優(yōu)化模型，求解所述關(guān)于目標(biāo)方位角的優(yōu)化模型，得出目標(biāo)方位角。
【專利說(shuō)明】基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)目標(biāo)方位角測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于外輻射源雷達(dá)來(lái)說(shuō)，利用外輻射源發(fā)射電磁波，而目標(biāo)本身不直接輻射電磁能量。在外輻射源雷達(dá)工作時(shí)，通過(guò)天線接收來(lái)自外部的非協(xié)同輻射源，即第三方的直射波，以及該外部輻射源照射目標(biāo)后形成的反射波或散射波，利用其攜帶的多普勒頻移、多站接收信號(hào)的時(shí)間差和到達(dá)角等信息，提取出目標(biāo)信息并消除無(wú)用信息和干擾，從而完成對(duì)目標(biāo)定位。
[0003]在現(xiàn)有的利用外輻射源雷達(dá)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)方位角估計(jì)的技術(shù)方案中，當(dāng)參考信號(hào)中含有目標(biāo)回波時(shí)，線測(cè)角方法的性能變得很差。這是由于當(dāng)參考信號(hào)中含有目標(biāo)回波時(shí)，在雜波相消過(guò)程中，參考信號(hào)中的目標(biāo)回波將混入相消結(jié)果中，與天線接收信號(hào)中的目標(biāo)回波共同參與后續(xù)的距離多普勒處理過(guò)程，將極大程度的影響距離多普勒處理結(jié)果的相位。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法。在參考信號(hào)中含有目標(biāo)回波的情況下，采用本發(fā)明能夠精確地測(cè)量得到目標(biāo)的方位角，提高目標(biāo)定位精度，滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。
[0005]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)思路是，采用均勻四圓陣Adcock天線對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)角是有很多優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)參考信號(hào)中含有目標(biāo)回波時(shí)，這種測(cè)角精度迅速惡化。所以本發(fā)明在基于采用均勻四圓陣Adcock天線的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)角方法進(jìn)行改進(jìn)，來(lái)滿足測(cè)角精度。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007]基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法包括以下步驟:
[0008]步驟1，利用四單元均勻圓陣Adcock天線來(lái)接收外輻射源調(diào)頻廣播信號(hào)，所述四單元均勻圓陣Adcock天線包括第I單元均勻圓陣Adcock天線至第4單元均勻圓陣Adcock天線，第k單元均勻圓陣Adcock天線接收的外福射源調(diào)頻廣播信號(hào)為Sk, k取I至4, Sk為N維列向量，N為第m單元均勻圓陣Adcock天線接收的信號(hào)的長(zhǎng)度；則四單元均勻圓陣Adcock天線來(lái)接收外輻射源調(diào)頻廣播信號(hào)S為:S = [S1, S2, S3, S4]τ，上標(biāo)T表示矩陣或向量的轉(zhuǎn)置；
[0009]利用參考天線接收參考信號(hào)，參考天線接收的參考信號(hào)為SMf，SMf為N維行向量；
[0010]步驟2，利用參考信號(hào)Sref構(gòu)建雜波空間r，雜波空間r為NX (P+1)維的矩陣，P為設(shè)定的雜波對(duì)消階數(shù)；
[0011]步驟3,根據(jù)構(gòu)建的雜波空間r,對(duì)每個(gè)單元均勻圓陣Adcock天線接收的外福射源調(diào)頻廣播信號(hào)和參考天線接收的參考信號(hào)，進(jìn)行雜波相消處理，得出每個(gè)單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的雜波相消后信號(hào)ek ；
[0012]步驟4，對(duì)第k單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的雜波相消后信號(hào)ek進(jìn)行距離多普勒處理，得到對(duì)應(yīng)的距離多普勒矩陣R_Dk，k取I至4 ;得出矩陣R-Dk中每個(gè)元素對(duì)應(yīng)的幅度值，矩陣R-Dk中各個(gè)元素對(duì)應(yīng)的幅度值的最大值為矩陣R-Dk的距離多普勒平面峰值，矩陣R-Dk的距離多普勒平面峰值對(duì)應(yīng)的元素位于矩陣R-Dk的第τ k行第fd，k列，將矩陣R-Dk第τ k行第fd，k列的元素表示為R_Dk( τ k, fd；k);構(gòu)造矩陣4X1維的矩陣R以及4X I維的向量b:

【權(quán)利要求】
1.基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，利用四單元均勻圓陣Adcock天線來(lái)接收外輻射源調(diào)頻廣播信號(hào)，所述四單元均勻圓陣Adcock天線包括第I單元均勻圓陣Adcock天線至第4單元均勻圓陣Adcock天線，第k單元均勻圓陣Adcock天線接收的外輻射源調(diào)頻廣播信號(hào)為Sk，k取I至4，Sk為N維列向量，N為第m單元均勻圓陣Adcock天線接收的信號(hào)的長(zhǎng)度；則四單元均勻圓陣Adcock天線來(lái)接收外輻射源調(diào)頻廣播信號(hào)S為:S = [S1, S2, S3, S4]τ,上標(biāo)T表示矩陣或向量的轉(zhuǎn)置； 利用參考天線接收參考信號(hào)，參考天線接收的參考信號(hào)為SMf，Sref為N維行向量； 步驟2，利用參考信號(hào)SMf構(gòu)建雜波空間r，雜波空間!R為NX (P+1)維的矩陣，P為設(shè)定的雜波對(duì)消階數(shù)； 步驟3，根據(jù)構(gòu)建的雜波空間r，對(duì)每個(gè)單元均勻圓陣Adcock天線接收的外輻射源調(diào)頻廣播信號(hào)和參考天線接收的參考信號(hào)，進(jìn)行雜波相消處理，得出每個(gè)單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的雜波相消后信號(hào)； 步驟4，對(duì)第k單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的雜波相消后信號(hào)ek進(jìn)行距離多普勒處理，得到對(duì)應(yīng)的距離多普勒矩陣R_Dk，k取I至4 ;得出矩陣R-Dk中每個(gè)元素對(duì)應(yīng)的幅度值，矩陣R-Dk中各個(gè)元素對(duì)應(yīng)的幅度值的最大值為矩陣R-Dk的距離多普勒平面峰值，矩陣R-Dk的距離多普勒平面峰值對(duì)應(yīng)的元素位于矩陣R-Dk的第^行第丨^列’將矩陣^隊(duì)第Tk行第fd，k列的元素表示為R-Dk( T k, fd；k);構(gòu)造矩陣4X1維的矩陣R以及4X I維的向量b:
其中，^k(I)表示向量i3k的第I個(gè)元素，^k= (rTrrVSk，上標(biāo)T表示矩陣或向量的轉(zhuǎn)置，上標(biāo)-1表示矩陣的逆；k取I至4 ; 步驟5，根據(jù)步驟4得出的矩陣R和向量b，建立關(guān)于目標(biāo)方位角的優(yōu)化模型，求解所述關(guān)于目標(biāo)方位角的優(yōu)化模型，得出目標(biāo)方位角。
2.如權(quán)利要求1所述的基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法，其特征在于，在所述步驟2中，參考信號(hào)SMf為:
Sref = [Sref(I)，Sref (2),..., Sref (N)] 其中，Sref (η)表不參考信號(hào)Sref的第η列，η取I至N ; 利用參考信號(hào)Sref構(gòu)建的雜波空間r為:
其中，SMf (I~p) = [Sraf⑴，...，SMf(p)] ,P取N至N-P ;上標(biāo)T表示矩陣或向量的轉(zhuǎn)置；所述雜波空間r的第I列為SMf(l~Ν)τ，設(shè)P’為自然數(shù)且P’取2至P+1，雜波空間r的第P’列的前P’-1個(gè)元素均為零，雜波空間r的第p’列的后N-p’+l個(gè)元素依次為Srrf(l)至 Sref (N-p，+1)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法，其特征在于，在步驟3中，第k單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的雜波相消后信號(hào)ek為:
ek = Sk-r β k 其中，k取I至4, β k =上標(biāo)T表示矩陣或向量的轉(zhuǎn)置,上標(biāo)-1表示矩陣的逆。
4.如權(quán)利要求1所述的基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法，其特征在于，所述步驟4的具體子步驟為: (4.1)確定最大檢測(cè)距離單元個(gè)數(shù)NumRange和最大檢測(cè)多普勒單元個(gè)數(shù)NumDoppler,NumRange〈N ； (4.2)構(gòu)造每個(gè)單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的距離多普勒矩陣，第k單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的距離多普勒矩陣為:
其中，k取I至4，R-Dk表示第k單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的距離多普勒矩陣，矩陣R-Dk為NumDopplerXNumRange維的全零矩陣； (4.3)設(shè)置變量 i, i = O, I, 2,, NumRange-1,當(dāng) i = O 時(shí)，執(zhí)行子步驟(4.4)； (4.4)構(gòu)造N維行向量stemp,所述N維行向量stemp的前i個(gè)元素均為零，N維行向量stemp的后N-1個(gè)元素依次為Smf(I)至Smf (N_i) ；Sref (η)表示參考信號(hào)Smf的第η列，η取I至N ; (4.5)構(gòu)造NumDoppler維的行向量resf'，
其中，k 取 I 至 4, resk(j) = stemp (j) Xek(j)，j = 1，2，...，N, stemp (j)表示行向量stemp的第j個(gè)元素，ek(j)表示第k單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的雜波相消后信號(hào)ek的第j個(gè)元素；M表示設(shè)置的抽頭系數(shù)，M滿足I+(NumDoppler-1) XM ^ N ； (4.6)對(duì)行向量resf作FFT變換，得到向量resi?對(duì)rest進(jìn)行倒置得到列向量res$ ,然 后更新第k單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的距離多普勒矩陣R-Dk ;所述更新矩陣R-Dk的過(guò)程為:將矩陣R-Dk的第i+i列用列向量res:代替； (4.7)判斷i是否等于NumRange,如果是,則得出經(jīng)更新后的第k單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的距離多普勒矩陣R_Dk，執(zhí)行子步驟(4.8)，如果否，則令i的值自增1，返回至子步驟(4.4)； (4.8)將k從I至4進(jìn)行遍歷，重復(fù)執(zhí)行子步驟(4.3)至子步驟(4.7)，得出經(jīng)更新后的每個(gè)單元均勻圓陣Adcock天線對(duì)應(yīng)的R-D矩陣； (4.9)得出矩陣R-Dk中每個(gè)元素對(duì)應(yīng)的幅度值，矩陣R-Dk中各個(gè)元素對(duì)應(yīng)的幅度值的最大值為矩陣R-Dk的距離多普勒平面峰值，矩陣R-Dk的距離多普勒平面峰值對(duì)應(yīng)的元素位于矩陣R-Dk的第^行第4,列，將矩陣1?-01;第τ,行第fd，k列的元素表示為R-Dk ( τ k, fd；k)； 構(gòu)造矩陣4X1維的矩陣R以及4X I維的向量b:
其中，^k(I)表示向量i3k的第I個(gè)元素。
5.如權(quán)利要求1所述的基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法，其特征在于，所述步驟5的具體子步驟為: (5.1)建立如下關(guān)于目標(biāo)方位角的優(yōu)化模型:
其中，Ψ ( θ , Τ, ξ ) = I R+bl-Ta(0) |，I I.I I表示向量的模，ξ、1~均為數(shù)值變量，Θ為角度變量，es表示目標(biāo)的方位角；a(0)為:
其中，I為每個(gè)單元均勻圓陣Adcock天線的圓陣半徑，λ為外輻射源的調(diào)頻廣播信號(hào)的波長(zhǎng)； (5.2)對(duì)子步驟(5.1)中建立的目標(biāo)方位角的優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得出目標(biāo)方位角吣。
6.如權(quán)利要求5所述的基于調(diào)頻廣播信號(hào)的外輻射源雷達(dá)修正比相測(cè)角方法，其特征在于，在子步驟(5.2)中，對(duì)子步驟(5.1)中建立的目標(biāo)方位角的優(yōu)化模型進(jìn)行求解的過(guò)程包括以下子步驟: a)根據(jù)公式
，計(jì)算數(shù)值變量τ與ξ的最小二乘
解，其中，上標(biāo)*表示共軛，上標(biāo)H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置,上標(biāo)-1表示矩陣的逆，Α( Θ )=[a( Θ )-b];將求解出的T與ξ的最小二乘解代入Ψ ( θ，Τ，ξ )中，得出函數(shù)Ψ ( Θ )； b)設(shè)定角度初始值Θ設(shè)定允許誤差f>0;c)設(shè)置參數(shù)H1= 1，計(jì)算Ψ(θ)在角度初始值Θ i處的梯度設(shè)置整數(shù)變量m, m = 1，2...,當(dāng)m = I時(shí),執(zhí)行子步驟d)； d)計(jì)算搜索方向dm,dm = -Hmgm ； e)求解迭代步長(zhǎng)λπ，使其滿足
，其中，入，為大于等于O的變量，min表示:當(dāng)λ’在[0，+⑴)變化時(shí)Ψ(θπ+λ’(1π)能取到的最大值；然后，令匕+1= Θ m+ λ mdm ； f)判斷||νψ{θηιψ1)||與允許誤差^?的大小關(guān)系，▽ ψ(θη,,,)表示ψ(θ)在θm+1處的梯度，||V|T(氧+1)|表示VrCU的絕對(duì)值；若ψψ(θ,η?Χ)1<?，則得出Θ s = θω+1;否則進(jìn)行子步驟g)； g)令容,?.?4= ▽ Wdd，Pm = θ m+1" 9 m> Qm = &+「&，然后計(jì)算 4+1，
然后，令m的值自增1，返回子步驟d)。
【文檔編號(hào)】G01S13/46GK104199021SQ201410446518
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】王俊, 焦雪, 王相入, 呂小永 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)