一种基于双导向矢量的抗多径局部搜索测角方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双导向矢量的抗多径局部搜索测角方法，属于雷达信号处理技术领域，特别涉及解决目标在低仰角时，环境存在多径反射条件下的精确测角问题，并且具有收敛速度快，准确度高的优点。首先对雷达相关处理参数进行初始化，接着根据地形匹配信息构造雷达回波双导向矢量矩阵；然后脉冲压缩对齐相关通道数据矩阵；接着进行定点谱峰搜索并找出局部最大值，并且根据局部最大值进行插值并优化谱峰精细输出结果，最终实现快速准确估计低仰角目标的角度信息，有效提高雷达在多径条件下的低仰角测角精度，有利于雷达对目标进行稳定高精度捕获和跟踪。精度捕获和跟踪。精度捕获和跟踪。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双导向矢量的抗多径局部搜索测角方法


[0001]本专利技术属于雷达信号处理


技术介绍

[0002]雷达目标测角是雷达信号处理领域的关键环节，在复杂环境尤其是多径条件下的雷达目标中频回波信息受到反射波的影响，这对于估计目标角度信息造成了很大的干扰。雷达探测的海/低空通道中常态化存在统计特性复杂的海杂波，并且目标回波信杂噪比起伏强烈，严重影响雷达对低空高威胁目标的在多径情况下的测角性能。所有以上需求都迫切需要一种抗多径测角的工程应用方法，并且可以根据雷达检测背景进行匹配，解决低仰角目标角度检测精度较差的问题，最终得到提高目标检测概率的目的。
[0003]文献《基于同态滤波的MLS抗多径测角算法》(重庆邮电大学学报,2015,Vol.27No.4pp:535
‑
541)中提出了利用“同态滤波的抗多径测角算法，建立了基于双对称特性的信号模型，然后将卷积特征系统转化为线性系统，最后在混合信号中提取信号，实现脉冲时差的精确测量等问题”。上述文章主要是解决多径条件下的测角精度问题，但是该算法和采样率以及幅度衰减耦合较大，稳定性存在问题。
[0004]文献《雷达自动跟踪测量的C2算法抗多径干扰研究》(计算机测量与控制,2016,Vol.14,No.12pp:1654
‑
1656)中提出了利用“传统的多目标分辨算法应用在低角多径环境下目标仰角的跟踪测量，在特定环境下可以改善测角精度”。这些都是利用传统的单脉冲测角技术进行角度的测量和目标跟踪，需要快拍数较多情况下大信噪比的前提下进行角度的精准测量。另外，对于雷达自动跟踪和测角过程中，无法满足实时性，小信噪比等问题没有得到进一步确认。总之，上述方法对目标的信噪比要求较高，应用在实际工程环境中具有一定的局限性。

技术实现思路

[0005]针对雷达低仰角测角时环境复杂多变，回波起伏变化剧烈等问题，本专利技术提出一种基于双导向矢量的抗多径局部搜索测角方法，充分运用了多径效应发生时的数学模型和物理过程，结合直达波和反射波的相关各自特点，根据地理环境信息匹配地形复合系数，同时将这些参数融合到双导向矢量的构建当中，最后在进行谱峰搜索的基础上引入局部峰值搜索的办法，解决了工程运算量大，实时性慢的问题。
[0006]双导向矢量的构建充分依据地面或者海面复合参数以及目标和雷达三者之间的空间物理关系，构造谱峰函数后设定局部搜索范围，进而对局部搜索的峰值点进行插值得到精细化的输出估计角度。
[0007]本专利技术具体技术方案为：
[0008]1)首先对雷达测角相关参数雷达高度信息H
R
、雷达阵元个数M行N列，雷达载频信息F
Z
、雷达环境匹配系数σ
R
+jσ
I
、雷达接收波束的方位和俯仰维的3dB波束宽度θ
A
和θ
E
进行初始化，并且根据环境信息构建双导向矢量矩阵。
[0009]2)根据雷达中频数据进行数字脉冲压缩，并根据参考阵元进行距离维对齐处理。
[0010]3)检测是否需要更新匹配反射系数，如果是则根据具体距离单元进行环境匹配反射系数的更新，否则保持默认值。匹配结束后进行信号谱峰函数的构建并对谱峰函数进行局部值的极值搜索。
[0011]4)根据上述步骤的局部值进行插值运算，进行精细化的搜索后，输出谱峰最大值对应的角度估计值。
[0012]本专利技术的进一步改进在于步骤1)中的双导向矢量数学模型为：
[0013]A
double
＝A(θ
d
)+(σ
R
+jσ
I
)exp(
‑
j2π
△
R/λ)A(θ
s
)
[0014]其中直达波的导向矢量矩阵A(θ
d
)是一个M
×
N维度的矩阵，雷达的载频对应的波长为λ，直达波和反射波的路程差定义为
△
R。反射的导向矢量矩阵A(θ
s
)同样是一个M
×
N维度的矩阵。
[0015]本专利技术的进一步改进在于步骤2)中的距离维对齐采用相关函数对齐法，矩阵参考阵元得到的脉冲压缩输出后按照相关距离单元处进行相关函数计算，最后寻找临近最大值进行距离对齐输出。
[0016]本专利技术的进一步改进在于步骤3)中的环境匹配反射系数根据环境信息进行存储，并按照距离单元进行索引，检测控制信息需要更新环境匹配参数后进行环境匹配参数的更新处理。谱峰搜索函数构建为：
[0017][0018]根据当前波束中心指向角度θ
α
的指向，以[θ
α
‑
2θ
3dB
,θ
α
+2θ
3dB
]为搜索边界，按照角度步进θ
3dB
/10进行局部范围搜索,确定谱函数局部极值点P
MAX
(θ)后，从而找出对应的角度θ
α
。
[0019]本专利技术的进一步改进在于步骤4)中根据局部极值，目标的信杂比超过12dB前提下，做θ
3dB
/100间隔的线性插值运算后，继续寻找目标谱函数最大值P
MAX_LAST
(θ)，从而求得最终角度θ
LASTα
。
[0020]下面结合附图1对本专利技术做进一步详细描述。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的处理流程图。
[0022]图2是本专利技术的实际实施例空间布局图。
[0023]图3是本专利技术的测角结果对比图。
[0024]图4是本专利技术和传统谱峰搜索的比对图。
具体实施方式
[0025]针对传统雷达目标测角需要高信噪比、多径条件下的测角模糊等相关的问题，本专利技术提出的基于双导向矢量的抗多径局部搜索测角方法能够在存在多径条件下提高测角精度，并且能够在信噪比较低的条件下依然可以获得比较理想的测角精度，具有重要工程应用价值。本专利技术处理流程图如图1所示，具体过程描述如下：
[0026]步骤一：首先对雷达测角相关参数雷达高度信息H
R
、雷达阵元个数M行N列，雷达载频信息F
Z
、雷达环境匹配系数σ
R
+jσ
I
、雷达接收波束的方位和俯仰维的3dB波束宽度θ
A
和θ
E
进
行初始化，并且根据环境信息构建双导向矢量矩阵；
[0027]步骤二：CPU作为主控设备，根据雷达中频数据进行数字脉冲压缩，并根据参考阵元进行距离维对齐处理；
[0028]步骤三：检测是否需要更新匹配反射系数，如果是则根据具体距离单元进行环境匹配反射系数的更新，否则保持默认值。匹配结束后进行信号谱峰函数的构建并对谱峰函数进行局部值的极值搜索；
[0029]步骤四：根据上述步骤的局部值进行插值运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双导向矢量的抗多径局部搜索测角方法，其特征在于，包括以下步骤：1)初始化雷达测角相关函数和功能，根据不同环境参数取出环境变量，包括海杂波反射系数；构造双导向矢量矩阵；2)对雷达中频数据逐个数字阵列通道进行脉冲压缩处理，并且根据校准通道数据进行多个通道数据的对齐和校准；3)检测匹配反射系数，判断如果使用环境变量信息则进行更新相应谱峰搜索对应双导向矢量，否则按照默认的环境信息进行初始化双导向矢量矩阵函数，接着进行局部谱峰最大值搜索确认；4)若目标的信杂比超过12dB，则根据局部最大值进行设定范围内的插值，并进行精细化搜索，最后得出相关角度信息。2.根据权利要求1所述的基于双导向矢量的抗多径局部搜索测角方法，其特征在于：所述步骤1)中的双导向矢量数学模型为：A
double
＝A(θ
d
)+(σ
R
+jσ
I
)exp(
‑
j2π
△
R/λ)A(θ
s
)其中直达波的导向矢量矩阵A(θ
d
)是一个M
×
N维度的矩阵，雷达的载频对应的波长为λ，直达波和反射波的路程差定义为
△
R；反射的导向矢量矩阵A(θ
s
)同样是一个M
×
N维度...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟刚毅，张海龙，李纪三，刘溶，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：