[发明专利]低仰角多径环境下的波达角估计方法

说明书

本发明公开了低仰角多径环境下的波达角估计方法，主要解决现有技术在低仰角多径环境下无法精确估计角度问题。其实现步骤是：1.阵列雷达接收信号，得到回波数据；2.对回波数据进行稀疏重构波达角估计，得到直达波和多径角度初始值；3.根据回波信号，求接收信号协方差矩阵，并对协方差矩阵进行特征值分解，得到噪声子空间；4.在角度初始值的邻域内对角度进行细分，将细分后的直达波角度和多径角度进行组合，得到组合导向矢量；5.根据组合导向矢量和噪声子空间计算代价函数值；6.取代价函数最大值对应的角度组合即为直达波和多径的波达角。本发明能够对低仰角多径环境下的波达角进行精确估计，可用于目标定位和跟踪。

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种低仰角多径环境下的波达角(DOA)估计方法，可用于存在多径利用的雷达系统，对多径环境中的直达波信号和多径信号角度进行估计，提高角度估计的准确性。

背景技术

多径是雷达低仰角环境下常见的现象。在低仰角环境下，多径信号来波角度与直达波信号来波角度相差较小，两者落在同一波束范围内，很难进行DOA估计。

针对低仰角多径环境下DOA的估计问题，现有的方法主要包括基于特征分解的解相干方法和基于稀疏重构的DOA估计方法。

基于特征分解的解相干方法，是通过空间平滑对欠秩矩阵进行解相关，然后应用多重信号分类MUSIC法以及旋转不变技术ESPRIT方法确定信号的DOA。这类方法需要预先估计信号源个数，而在低仰角多径环境下，不同角度的信号相干，信号源的个数很难确定，从而使基于特征分解的解相干方法受到限制。

基于稀疏重构的DOA方法，是通过利用信号的稀疏性，以远低于奈奎斯特采样率的速度对信号进行测量编码，并可在概率意义上精确重构出原信号。但是这类方法受到网格精度的限制，当网格精度较高时，计算量较大。因此，基于稀疏重构的DOA方法无法在实际应用中发挥优势。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有方法的不足，提出一种低仰角多径环境下的波达角估计方法，以对直达波信号和多径信号的来波角度进行高精度的估计，并有效地降低计算量。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)阵列雷达接收信号，得到回波数据X，该回波数据X包括直达波信号、多径信号和噪声；

(2)对步骤(1)中的回波数据X进行稀疏重构波达角估计，得到直达波信号和多径信号角度的初始值θ₀：

2a)将回波数据X进行奇异值分解：

X＝UΣV

其中，U是X的左奇异矩阵，V是X的右奇异矩阵，Σ是X奇异值矩阵；

2b)根据回波数据X和右奇异矩阵V，计算回波信号X的降维数据Y：

Y＝XV^HD_K

其中，(·)^H是指矩阵的共轭转置，D_K是降维单位阵，D_K＝[I_K,0_K×(M-K)]^T，[·]^T为矩阵的转置，I_K指K维单位矩阵，K指大奇异值的个数，0_K×(M-K)指K×(M-K)维0矩阵，M为阵元个数；

2c)根据降维数据Y，解优化方程BP，得到稀疏向量s：

其中，指取最小的s，||·||_2,1指矩阵的2,1范数，s.t.指约束条件，||·||_F指矩阵的F范数，A指完备导向矢量矩阵，ε指误差门限；