[发明专利]利用先验信息的宽带频率捷变角度超分辨方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及一种利用多径模型先验信息和宽带捷变频进行超分辨角度估计的方法，可用于舰载宽带雷达在海面多径环境下的波达方向估计。

背景技术

舰载雷达可用于探测和跟踪海面和空中目标，为舰艇武器系统提供目标数据，引导武器系统攻击目标，必须解决好对低空掠海飞行目标的发现及稳定跟踪问题，保证舰载武器系统能有效地拦截低空、超低空目标。雷达波束照射到海面后，会产生相互干涉的直射波和反射波，此时目标回波进入雷达接收机后，会引起跟踪误差信号在幅值和相位上的变化，造成测量误差。此误差对距离和方位角的跟踪影响不大，但对仰角跟踪影响比较明显，因此，海面低空目标仰角估计问题是舰载雷达所面临的一个重要难题。由于雷达工作频率的动态变化有助于改善低角跟踪的性能，频率分集或频率捷变技术被广泛应用于舰载雷达中，利用合适的频率变化范围就能够把目标和镜像信号分开，提高海面低空目标仰角的测量精度。在实际情况中，对于较为平静的海面，镜面反射占主导地位，可利用雷达回波，事先得到目标的距离信息和反射面高度信息，根据多径模型可建立直达波信号方向和反射波信号方向之间的关系，以及直达波信号方向与路径差的关系，这些先验信息是可以获得的。

对此，张友益等人在“一种适用于改善雷达低角性能的研究方法”文章中，提出了一种频率捷变技术与重滤波相结合的单脉冲测角方法，以改善低角跟踪性能。该方法根据单脉冲多路径测角误差随雷达频率近周期性变化的特性，首先对单脉冲比幅测角结果进行重滤波，然后将所有频点滤波后的角度求均值，从而提高测角精度。研究表明，该方法对近距离快起伏误差曲线的平滑效果比较好，但对于远距离目标，由于直达波和反射波路程差变化缓慢，单频点误差曲线慢起伏，重滤波效果变差，同时，重滤波收敛速度慢，初始角度跟踪结果误差大。该方法由于仅利用了接收到的多频信息，忽略了对多径模型等先验信息的利用，因此，简单的误差平均和重滤波不能使测角结果达到舰载雷达要求的测角精度，难以实现对低空掠海飞行目标的准确发现及稳定跟踪。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了利用先验信息的宽带频率捷变角度超分辨方法，以提高舰载雷达在多径环境中的测角精度，实现对低空掠海飞行目标的准确发现及稳定跟踪。

实现本发明目的的技术思路是：根据低角跟踪中的多径模型，利用捷变频回波信息和先验信息，对低空目标仰角进行准确估计。其实现步骤包括如下：

（1）雷达天线向搜索空域连续发射不同载频的频率捷变脉冲信号，雷达天线俯仰方向上包含N个阵元的等距线阵接收M个不同载频的回波脉冲信号；

（2）对M个不同载频的回波脉冲进行采样，将N个阵元在第m个频点上的目标距离单元的采样数据x_m(1),x_m(2)…x_m(N)，排列成第m个频点的N×1维采样数据矢量X_m：

X_m＝[x_m(1),x_m(2)…x_m(N)]^T，

其中，m＝1,2,…M，[]^T表示矩阵的转置；

（3）利用采样数据矢量X_m，计算第m个频点的采样协方差矩阵R_m：

Rm=XmXmH,]]>

式中，[]^H表示矩阵的共轭转置；

（4）将采样协方差矩阵R_m的转置矩阵顺序排列，获得MN×N维多频联合协方差矩阵R_XX：