[发明专利]一种基于MUSIC算法的频率分集阵列两层介质目标定位方法

说明书

本发明公开一种基于MUSIC算法的频率分集阵列两层介质目标定位方法，通过确定电磁波在两层介质中的传播路径，推导出两层介质的频率分集阵列的发射‑接收波束方向图；通过两组不同频偏使接收到的回波包含解耦后的距离、角度信息，根据L个回波信号快拍数据得到回波信号协方差矩阵的估计值；对上述得到的估计值进行特征值分解，根据特征值大小，把与目标源个数K相等的特征值和其对应的特征矢量看成信号子空间，将余下的2N‑K个特征值和特征矢量看成噪声子空间；根据上述得到的噪声子空间构造谱函数，使距离和角度变化进行逐点计算，从而寻找波峰估计出目标位置。本发明利用MUSIC算法实现了FDA雷达各阵元单发单收机制下对多层介质中遮挡目标的定位。

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，具体涉及一种基于MUSIC算法的频率分集阵列(Frequency Diverse Array，FDA)两层介质目标定位方法。

背景技术

频率分集阵列与普通均匀线阵相比，由于各相邻阵元间有频率增量(要求远小于基准载频)，它的方向图与时间、角度和距离有关。频率分集阵列波束方向图同时依赖于距离和角度的特性增加了系统的自由度引起了雷达领域很多的研究，在多目标定位和多任务处理等应用方面有巨大优势。

雷达成像技术在军事和民用领域都有广泛的应用需求。在雷达实际探测中，多层介质是普遍存在的状况，比如探地和穿墙等应用。传统的雷达成像技术有合成孔径雷达、相控阵雷达实孔径成像等，它们都通过发射宽带信号或脉冲压缩信号来获得距离向的高分辨率。而由于频率分集阵列波束方向图依赖于距离和角度，通过相关方法各阵元只需发射窄带信号即可实现雷达目标定位成像。传统方法通过逆散射实现目标定位，需要计算复杂的分层介质格林函数和使用泛函方法降低误差，计算方法复杂，并且误差仍然较高，不能有效的对多层介质中遮挡目标进行定位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于MUSIC算法的频率分集阵列两层介质目标定位方法，该方法计算简单，能进一步降低计算误差，且能有效的对多层介质中遮挡目标进行定位。

本发明目的的技术方案是：

一种基于MUSIC算法的频率分集阵列两层介质目标定位方法，包括如下步骤：

1)构造单发单收的频率分集阵列；

2)利用步骤1)构造的频率分集阵列对目标所在区域进行扫描，确定电磁波在两层介质分界面的折射点位置，根据折射点位置，确定电磁波在两层介质中的传播路径，即确定传播时延；

3)根据步骤2得到的时延，推导出两层介质的频率分集阵列的发射-接收波束方向图，分析波束方向图，在洛必达法则下，距离和角度呈简单的数学关系，即两组频偏不同的频率分集阵列发射-接收方向图完全包含了解耦后的距离、角度信息；

4)依据步骤3)的分析，改变频偏，利用步骤1)构造的频率分集阵列对目标所在区域再次进行扫描，从而得到两组不同频偏情况下各阵元接收的回波信号；

5)对回波进行匹配滤波，得到基带信号回波，根据L个回波信号快拍数据得到回波信号协方差矩阵的估计值；

6)对步骤5的估计值进行特征值分解，根据特征值大小，把与目标源个数K相等的特征值和其对应的特征矢量看成信号子空间，将余下的2N-K个特征值和特征矢量作为噪声子空间；

7)根据步骤6)得到的噪声子空间构造谱函数，对距离和角度变化进行逐点计算，寻找波峰即可完成目标定位。

所述的步骤1)中，所构造的频率分集阵列的各个阵元仅接收自身发出的信号。

所述的步骤1)中，所构造的频率分集阵列的每个阵元的发射频率依次线性增加，第n个阵元发射信号的载频f_n为：