[发明专利]基于实数域广义多重信号分类算法的目标低仰角估计方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，特别涉及目标的低仰角估计方法，可用于雷达在多径环境下对目标的探测与跟踪。

背景技术

在雷达对低空目标的探测和跟踪中，目标仰角值是一个非常重要的测量参数，只有准确估计出目标仰角才能实现对目标的稳定跟踪。雷达在测量和跟踪低空目标时，除了接收目标返回的直射信号外，还会接收到地面或海面产生的反射信号，从而形成多径效应，导致测角误差，甚至跟踪目标丢失。由于直射信号与反射信号是相干信号，且对于远距低空目标，两个信号的波达方向夹角往往小于阵列的半功率波束宽度，这就要求目标低仰角估计方法既能分辨相干信号又具有较高的角度分辨能力，因此具有较高分辨力的超分辨技术得到了广泛关注。但是由于许多超分辨测角技术运算量大，难以进行实时处理，如最大似然估计、多重信号分类方法等，因此，如何降低运算量也是一个亟待解决的重要问题。

目前，已经有很多学者利用阵列超分辨技术解决目标低仰角估计问题。张文俊等人在文章“广义MUSIC算法在米波雷达测高中的应用及改进”中提出了能够直接处理相干信号的广义多重信号分类测角方法。这种广义多重信号分类测角方法在保证天线的有效孔径不变的前提下对相干信号具有高分辨力，可用于低空目标俯仰角估计，其基本思想在于根据数据空间中的信号子空间与噪声子空间的正交性，利用多径衰减系数形成合成导向矢量，构造二维空间谱函数获得低仰角估计值。该方法虽然对低空目标仰角的估计精度高，但它需要对空间谱函数进行复数域二维角度搜索，计算量大。尤其对于低空高速目标，如反舰导弹、作战飞机等，该方法难以实现实时信号处理，不利于工程应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种基于实数域广义多重信号分类算法的目标低仰角估计方法，在保证低空测角精度的同时减小运算复杂度，提高雷达在低信杂比下的角度估计性能，满足雷达对远距低空目标测角精度的要求。

实现本发明目的的技术思路是：利用酉变换将数据相关矩阵转换到实数域，并估计多径衰减系数，结合多径衰减系数和广义多重信号分类算法实现对低空目标的俯仰角估计，其实现步骤包括如下：

（1）在相控阵雷达的俯仰方向上设计含有N个阵元的等距离线阵，接收目标回波信号；

（2）对线阵接收到的回波信号进行采样，获得第n个阵元第l次快拍在目标距离单元处的采样数据x_n(l)，其中，n=1，2，…N，l=1，2，…L，L为采样数据的总快拍数；

（3）利用采样数据x_n(l)，获得采样协方差矩阵

（4）对采样协方差矩阵进行双向空间平滑，获得平滑后的协方差矩阵

（5）构造酉变换矩阵U：

当阵元个数N为偶数时：

U=12IN/2jIN/2JN/2-jJN/2,]]>

式中，j表示虚部，I_N/2为(N/2)×(N/2)维的单位矩阵，J_N/2为(N/2)×(N/2)维的置换矩阵；

当阵元个数N为奇数时：