【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于雷达信号处理，具体涉及一种基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法。
技术介绍
1、轨道角动量(orbital angular momentum，oam)概念的引入为感知领域注入了新的活力。区别于自旋角动量(即极化效应)，oam本质上描述了电磁波的宏观物理特性，表征了电磁波传播中的绕轴旋转程度，也因此定义了电磁涡旋波。基于电磁场理论，涡旋波有着简洁的、与传播方程对应的数学描述：在传播因子ejkr的基础上，叠加一个与方位角相关的相位因子(球坐标系距离r-方位角-仰角θ)，其宏观表现为传播等相面扭曲为螺旋面。模态数l可正可负，其大小表征涡旋幅度与旋向，不同整数模态的涡旋波在方位角上相互正交，称为本征态；因此，理论上oam模态取值范围可无限大，成为时、频、极化域外的全新维度。
2、携带有轨道角动量的涡旋电磁波，其环状的辐射场强度分布和螺旋形的相位波前使其具有方位向上的相位信息调制能力，因此近些年涡旋电磁波在雷达成像、旋转目标检测等领域获得了越来越多的关注。在常规雷达系统中，旋转物体的检测主要基于雷达与物体之间沿视线(los)的相对运动诱发的微多普勒效应，相应引起的频率偏移称为线性多普勒频移。然而，受平面波特性的限制，常规窄带雷达只能获得旋转频率和半径相对于视线的最大投影，这是一种一维信息获取方法，难以获得更详细的旋转参数，如旋转半径、倾斜角等。不同于传统平面电磁波照射，由于涡旋电磁波携带oam的特性，利用涡旋电磁波对目标进行探测时，不仅会在径向上产生线性多普勒频移，还会在方位向上产生多普勒频移，即旋转多普勒频移，
3、然而，现有涡旋电磁波雷达的微动参数估计研究是基于旋转中心位置已知的假设，这是不切实际的。有限的雷达分辨率取决于信号带宽和阵列孔径，使得旋转中心的位置不准确。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术提供了一种基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，包括：
3、建立多站雷达探测场景，获得所述多站雷达探测场景下旋转目标的估计量测量值模型；
4、基于所述估计量测量值模型，利用几何解求解方法或基于定位误差修正的定位方法进行目标中心定位，获得目标旋转中心的位置坐标；
5、将克拉美罗界值作为无偏估计的下限，验证几何解求解方法和基于定位误差修正的定位方法的有效性。
6、在本专利技术的一个实施例中，建立多站雷达探测场景，获得所述多站雷达探测场景下旋转目标的估计量测量值模型，包括：
7、建立雷达坐标系(u,v,w)、参考坐标系(x,y,z)以及本地坐标系(x,y,z)，其中，所述雷达坐标系是以雷达的接收阵元q为原点的直角坐标系；所述本地坐标系是以目标的旋转中心o为原点，是由雷达坐标系平移和旋转得到的直角坐标系；所述参考坐标系是与所述本地坐标系具有相同原点的直角坐标系，相对于所述雷达坐标系与所述本地坐标系有相同的平移但没有旋转；
8、假设产生涡旋电磁波的m个多发单收雷达指向相同，得到目标的旋转半径rp和相对于雷达站点i的偏轴距离di耦合的估计测量值hi为：
9、
10、其中，ni表示高斯噪声导致的测量误差，表示雷达站点i的估计测量值hi的真实值，[ui,vi,wi]t表示雷达站点i在雷达坐标系下的坐标，[uo,vo,wo]t表示目标的旋转中心坐标；
11、获得矢量形式的测量方程：
12、h＝ho+n，
13、其中，测量噪声n服从零均值协方差矩阵为c'的高斯分布：
14、c'＝diag{σ1,σ2,...,σi,...,σm}，
15、其中，σi表示计算出的估计测量值hi的克拉美罗界
16、在本专利技术的一个实施例中，利用几何解求解方法进行目标中心定位，包括：
17、将所述m个多发单收雷达中不同雷达站点i对应的估计量测量值hi进行联合计算以除去旋转半径的影响，建立中间估计量；
18、构建多个雷达站点的位置信息矩阵并结合所述中间估计量获得目标旋转中心位置的一般表达式；
19、根据目标旋转中心位置的一般表达式，获得目标旋转中心的位置坐标。
20、在本专利技术的一个实施例中，将所述m个多发单收雷达中不同雷达站点i对应的估计量测量值hi进行联合计算以除去旋转半径的影响，建立中间估计量，具体包括：
21、假设雷达站点i在本地坐标系中的位置坐标为(xi,yi,zi)t，得到雷达站点i的估计测量值的真实值为
22、将位于雷达坐标系原点的雷达站点作为基准站点，建立中间估计量ki0：
23、
24、其中，h0表示雷达坐标系原点的测量真实值，d0表示雷达坐标系原点的偏轴距离，x，y表示目标旋转中心o在本地坐标系中的坐标，xi，yi表示雷达站点i在本地坐标系中的坐标。
25、在本专利技术的一个实施例中，构建多个雷达站点的位置信息矩阵并结合所述中间估计量获得目标旋转中心位置的一般表达式，包括：
26、将所述中间估计量ki0进行整理得到：
27、
28、令si＝(xi,yi)t，p＝(x,y)t，得到：
29、
30、其中，表示二范数的平方值；
31、将多个雷达站点的位置坐标信息构成矩阵s＝[s1,s2,…,si,…,sn]t，
32、将中间估计量ki0构成向量得到：
33、
34、由最小二乘法得到所述旋转中心位置的一般表达式：
35、
36、在本专利技术的一个实施例中，利用基于定位误差修正的定位方法进行目标中心定位，包括：
37、将测量真实值平方后，带入含噪声的估计测量值hi，并忽略二阶噪声项，得到关于目标旋转中心位置坐标po＝(uo,vo)t的伪线性方程：
38、
39、其中，rp表示目标的旋转半径，si＝(xi,yi)t表示雷达站点i在本地坐标系中的坐标，po＝(uo,vo)t表示目标旋转中心在雷达坐标系下的位置坐标；
40、令将所述伪线性方程变换为矢量形式：
41、
42、其中，b1＝diag{h1,h2,...,hi,...,hm}，g1定义为：
43、
44、其中，的加权最小二乘估计值为w1为加权矩阵，c'表示测量噪声n的协方差矩阵；
45、获得的加权最小二乘估计值的协方差矩阵为：
46、
47、利用泰勒级数估计定位结果的误差，以对目标旋转中心的定位结果进行校正，获得最终旋转目标中心坐标的估计值。
48、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，建立多站雷达探测场景，获得所述多站雷达探测场景下旋转目标的估计量测量值模型，包括：
3.根据权利要求2所述的基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，利用几何解求解方法进行目标中心定位，包括：
4.根据权利要求3所述的基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，将所述M个多发单收雷达中不同雷达站点i对应的估计量测量值hi进行联合计算以除去旋转半径的影响，建立中间估计量，具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，构建多个雷达站点的位置信息矩阵并结合所述中间估计量获得目标旋转中心位置的一般表达式，包括：
6.根据权利要求2所述的基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，利用基于定位误差修正的定位方法进行目标中心定位，包括：
7.根据权利要求6所述的基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，利用泰勒级数估
...【技术特征摘要】
1.一种基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，建立多站雷达探测场景，获得所述多站雷达探测场景下旋转目标的估计量测量值模型，包括：
3.根据权利要求2所述的基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，利用几何解求解方法进行目标中心定位，包括：
4.根据权利要求3所述的基于涡旋电磁波的旋转目标多站定位方法，其特征在于，将所述m个多发单收雷达中不同雷达站点i对应的估计量测量值hi进行联合计算以除...
【专利技术属性】
技术研发人员：马晖，刘宏伟，吕坤，师竹雨，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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