[发明专利]基于最小冗余线性稀疏子阵的米波雷达低仰角估计方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，涉及米波雷达低仰角估计，具体地说是一种基于最小冗余线性稀疏子阵的米波雷达低仰角估计方法，可用于目标定位和跟踪。

背景技术

近年来，随着反辐射导弹、超低空飞行、隐身技术等一系列高新技术的发展和应用，各国的防空雷达系统面临着严重的威胁。而米波雷达在抗反辐射导弹及反隐身方面具有天然的优势，因而得到了各个国家的普遍重视并获得了快速的发展。

米波雷达主要应用在远程警戒，其主要任务是发现飞机、导弹等空间目标，一般作用距离在几百公里，此时目标相对于雷达的仰角仅有几度，空间大部分远区目标对米波雷达而言都是低仰角目标。米波雷达在探测远距离目标时，由于波长较长，在天线尺寸受限的情况下，使得天线主瓣波束较宽，通常会出现波束“打地”，使得雷达回波中不仅包含目标直达波信号，还混有多径信号，而且目标的直达波信号和多径信号近乎完全相干，估计目标低仰角的问题类似于估计两个相干源的问题。受多径效应的影响，产生波瓣分裂现象，严重影响了目标俯仰角的测量。因此，如何解决米波雷达低仰角估计的难题就成为了米波雷达推向实用的一个重要研究课题。

目前已有的技术主要有以下几种：

(1)阵列超分辨处理测角方法。把阵列信号处理中的超分辨技术应用于分辨直达波信号和多径信号。因为直达波信号和多径信号是相干的，所以这类算法主要是估计相干源波达方向DOA的超分辨算法，其先使用空间平滑和Topelitz变换等方法解相干，然后利用信号子空间、噪声子空间和子阵旋转不变性等来测角。例如，赵光辉等人于2009年2月在《电子与信息学报》发表的论文“基于差分预处理的米波雷达低仰角处理算法”。该方法是基于平坦阵地模型，那就是分辨既相干、空间位置又近的目标；同时存在瓶颈问题是该方法只适合于平坦阵地模型。

(2)基于波瓣分裂的米波雷达低仰角估计方法。利用不同天线分裂波瓣的相位关系，确定目标所在仰角区间。这是一种在垂直维只需3根天线的米波雷达的低仰角估计方法。该方法只适合于平坦阵地，对阵地的平坦性要求较高，且估计误差较大，难以满足一些精度较高的实际使用要求。

(3)基于干涉阵列米波雷达的低仰角估计方法。该方法首先利用两个分布式子阵扩展阵列孔径，使得阵列具有较窄的主瓣，然后利用干涉阵列空间平滑算法对相干信号解相干，恢复信号数据协方差矩阵的秩，最后利用超分辨算法得到低仰角的估计值。由于阵元仅分布于阵列的两端，阵列接收的信号信息受到很大限制，阵列在低信噪比条件下的测角性能仍较差。

目前，现有米波雷达低仰角估计方法虽然一定程度上改善了低仰角估计的性能，但其估计误差仍然较大，特别是在低信噪比时的估计误差较大，导致目标定位或者跟踪失败。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于最小冗余线性稀疏子阵的米波雷达低仰角估计方法，以提高米波雷达低仰角条件下的估计性能。

为实现上述目的，本发明的技术思路是:首先利用最小冗余线性稀疏子阵扩展阵列孔径，然后利用数据协方差矩阵构造数据协方差矩阵的增广矩阵，等效于构造子阵均匀分布的分布式子阵，再运用分布式子阵的空间平滑算法对多径信号解相干，最后利用修正的ESPRIT（Estimating signal parameters via rotational invariance techniques借助旋转不变技术估计信号参数）算法得到高精度无模糊的低仰角估计。

本发明的一种基于最小冗余线性稀疏子阵的米波雷达低仰角估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，用P个均匀线阵按最小冗余线阵方式稀疏分布构造最小冗余线性稀疏子阵米波雷达；

步骤2，从雷达回波中提取目标信号，并对该目标信号进行杂波对消和干扰对消处理，得到对消后的目标回波信号；

步骤3，根据目标回波信号计算子阵的自协方差矩阵和子阵间的互协方差矩阵；

步骤4，根据子阵的自协方差矩阵和子阵间的互协方差矩阵构造整个阵列数据协方差矩阵的增广矩阵；

步骤5：运用分布式子阵的空间平滑算法恢复增广矩阵的秩；

步骤6：对数据协方差矩阵R^fb进行特征分解得到目标回波信号的信号子空间U_s；

步骤7：根据目标回波信号的信号子空间U_s，利用空域旋转不变性求得方向余弦无模糊粗估计值及非奇异矩阵T；

步骤8：根据信号子空间U_s和非奇异矩阵T，利用导向矢量的空域旋转不变性，求得方向余弦模糊精估计值