快速的雷达单快拍MUSIC测角方法技术

本发明专利技术提供一种快速的雷达单快拍MUSIC测角方法，涉及雷达信号处理技术领域。本发明专利技术首先获取阵列频域单快拍数据；然后计算阵列频域单快拍数据的协方差矩阵，并进行特征值分解得到噪声子空间；在目标所在视角范围内，以角分辨率为搜索步进，结合噪声子空间进行多个目标来波方向的空间谱搜索，得到多个目标的粗略角度估计值；最后根据多个目标的粗略角度估计值和搜索步进确定搜索范围区间，采用黄金分割算法进行精搜，得到多目标的精确角度估计值。本发明专利技术在保证算法角度估计精度和角分辨率的条件下，尽量减少计算量和所占内存空间，采用单快拍求解协方差矩阵，并结合黄金分割进行空间谱搜索，很大程度上提高了MUSIC算法的实时性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
快速的雷达单快拍MUSIC测角方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，具体涉及一种快速的雷达单快拍MUSIC测角方法。

技术介绍

[0002]空间信号DOA(direction of arrival)估计是阵列信号处理的基本问题之一，也是雷达、无线通信以及声呐等许多领域的重要任务之一。采用传统DOA算法，为得到较高的角度分辨率一般而言，一般需要大型的接收阵列天线。然而，受工程应用和资金等实际情况的限制，大型阵列很难实现。因此，基于信号子空间的DOA估计方法，例如：MUSIC、ESPRIT、方向估计方法(method of direction estimation,MODE)和最小范数(min
‑
norm)等，因其突破瑞利限制的超高角分辨率和角精度而广为人知。但是超分辨DOA估计算法也普遍存在运算复杂度高、运算时间长的问题，较大程度限制了这些算法的硬件实现。
[0003]其中，采用MUSIC算法进行DOA估计时，主要分为以下几个步骤：(1)根据点快拍数接收信号矢量计算阵列协方差矩阵；(2)对得到的协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间和噪声子空间；(3)在角度搜索范围内，计算各角度的空间谱函数，通过寻求峰值来得到入射角度。算法的性能和计算量与以下两点有很大的关系：一、数据积累的快拍数越多，得到的协方差矩阵越趋近于理想协方差矩阵，DOA估计性能越好，但是相应的协方差矩阵求解的计算量也越大；二、空间谱谱峰搜索次数与搜索角度的步进是一致的，若要提高角度估计精度，就要增加谱峰搜索次数。即现有方法无法在满足精度的要求下，减少计算量。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种快速的雷达单快拍MUSIC测角方法，解决了现有方法无法兼顾精度和减少计算量的技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]本专利技术提供一种快速的雷达单快拍MUSIC测角方法，该方法包括：
[0009]S1、对雷达阵列回波信号的各通道进行二维FFT处理后，使用CFAR检测获取阵列频域单快拍数据；
[0010]S2、计算阵列频域单快拍数据的协方差矩阵，并进行特征值分解得到噪声子空间；
[0011]S3、在目标所在视角范围内，以角分辨率为搜索步进，结合噪声子空间进行多个目标来波方向的空间谱搜索，得到多个目标的粗略角度估计值；
[0012]S4、根据多个目标的粗略角度估计值和搜索步进确定搜索范围区间，采用黄金分割算法进行精搜，得到多目标的精确角度估计值。
[0013]优选的，所述S1具体包括：
[0014]S101、对雷达阵列回波信号s
m
(i,n)沿距离维n方向进行第一维N点的FFT变换，再
沿周期i方向进行第二维I点的FFT变换，将二维FFT数据记为S
m
(ω
i
,ω
n
)，其中ω
i
和ω
n
分别表示距离维和多普勒维FFT的序号；
[0015]S102、对S
m
(ω
i
,ω
n
)进行M个通道的非相干积累，得到其中，S
int
是I
×
N维的非相干积累矩阵；对S
int
进行二维CFAR检测，得到目标点的索引号，记为(r
p
,d
p
)，其中p＝1,
…
,P，P为CFAR检测总的目标点；r
p
表示第p个目标的距离维索引号；d
p
表示第p个目标的速度维索引号；M为雷达接收天线阵元数；
[0016]S103、根据CFAR检测的索引号，得到第p个目标的频域单快拍阵列数据S
P
，S
P
＝[S1(r
p
,d
p
),S2(r
p
,d
p
),
…
,S
M
(r
p
,d
p
)]T
。
[0017]优选的，所述S2具体包括：
[0018]S201、基于S1步骤中得到的频域单快拍阵列数据S
P
估计协方差矩阵
[0019]S202、对矩阵R进行特征值分解，得到噪声子空间U
N
，用于进行空间谱函数的计算。
[0020]优选的，所述S202包括：
[0021]对矩阵R进行特征值分解，得到M个特征值，按特征值的大小顺序，把K个大特征值看作信号子空间U
S
，剩下的M
‑
K个特征值对应特征矢量看作噪声子空间U
N
；其中，M为雷达接收天线阵元数；K为目标个数。
[0022]优选的，所述S3具体包括：
[0023]S301、根据实际目标所在的视角范围，设定角度的搜索范围θ
min
≤θ≤θ
max
；根据两个目标之间的最小间距和阵元数，确定所需的角度分辨率Δθ，并将此作为空间谱搜索的搜索步进；
[0024]S302、根据S301设定的角度搜索范围[θ
min
,θ
max
]和搜索步进Δθ，变化搜索值θ
i
，θ
i
＝θ
min
+(l
‑
1)Δθ,l＝1,2,
…
,L，L为总的搜索次数，L＝(θ
max
‑
θ
min
)/Δθ，并按照如下的空间谱函数进行空间谱谱峰搜索：
[0025][0026]其中，a(θ
i
)为阵列的方向导向矢量；P(θ
i
)峰值所对应的θ
i
便是目标信号的来波方向粗略估计值；上标H表示共轭转置。
[0027]优选的，所述S4具体包括：
[0028]S401、设在S3中分辨出的K个目标的粗略角度估计值其中k＝1,
…
,K，对于每个目标粗略角度估计值基于S3中的搜索步进Δθ，将作为精搜的搜索范围；
[0029]S402、将S401中的搜索范围作为黄金分割的区间，并将角度精度要求定为黄金分割三元点差值的最小值，作为黄金分割停止划分的终止条件，采用黄金分割算法，找取黄金分割点，作为K个目标的精确角度估计值。
[0030](三)有益效果
[0031]本专利技术提供了一种一种快速的雷达单快拍MUSIC测角方法。与现有技术相比，具备
以下有益效果：
[0032]本专利技术首先对雷达阵列回波信号的各通道进行二维FFT处理后，使用CFAR检测获取阵列频域单快拍数据；然后计算阵列频域单快拍数据的协方差矩阵，并进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速的雷达单快拍MUSIC测角方法，其特征在于，包括：S1、对雷达阵列回波信号的各通道进行二维FFT处理后，使用CFAR检测获取阵列频域单快拍数据；S2、计算阵列频域单快拍数据的协方差矩阵，并进行特征值分解得到噪声子空间；S3、在目标所在视角范围内，以角分辨率为搜索步进，结合噪声子空间进行多个目标来波方向的空间谱搜索，得到多个目标的粗略角度估计值；S4、根据多个目标的粗略角度估计值和搜索步进确定搜索范围区间，采用黄金分割算法进行精搜，得到多目标的精确角度估计值。2.如权利要求1所述的快速的雷达单快拍MUSIC测角方法，其特征在于，所述S1具体包括：S101、对雷达阵列回波信号s
m
(i,n)沿距离维n方向进行第一维N点的FFT变换，再沿周期i方向进行第二维I点的FFT变换，将二维FFT数据记为S
m
(ω
i
,ω
n
)，其中ω
i
和ω
n
分别表示距离维和多普勒维FFT的序号；S102、对S
m
(ω
i
,ω
n
)进行M个通道的非相干积累，得到其中，S
int
是I
×
N维的非相干积累矩阵；对S
int
进行二维CFAR检测，得到目标点的索引号，记为(r
p
,d
p
)，其中p＝1,
…
,P，P为CFAR检测总的目标点；r
p
表示第p个目标的距离维索引号；d
p
表示第p个目标的速度维索引号；M为雷达接收天线阵元数；S103、根据CFAR检测的索引号，得到第p个目标的频域单快拍阵列数据S
P
，S
P
＝[S1(r
p
,d
p
),S2(r
p
,d
p
),
…
,S
M
(r
p
,d
p
)]
T
。3.如权利要求1所述的快速的雷达单快拍MUSIC测角方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金芳晓，张金元，孙元峰，赵彭，李栋梁，张群，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：