[发明专利]一种频控阵雷达角度-距离参数解耦合方法

权利要求书

1.一种利用多径信号的频控阵雷达角度-距离解耦合方法，其特征在于无需对频控阵列进行特殊设计，仅利用环境中多径回波信号实现目标角度-距离解耦合，具体实现步骤包括：

S1：建立频控阵列雷达的发射模型；

S2：根据S1频控阵列发射模型以及目标空间环境，建立目标回波信号模型；

S3：建立频控阵列雷达多径信号模型，以该信号模型得到直达波相位差和反射波相位差；然后，由映射得到直达波角度和距离；由映射得到反射波角度和距离；在频控阵中，映射和为二维联合映射，即角度和距离参数耦合，直达波和反射波的角度和距离均估计失败；利用多径信号模型，在原始频控阵相位差映射函数和基础上增加直达波参数和反射波参数之间的映射函数，具体如下：

通过求解上述方程组从而可以有效消除角度-距离耦合；

S4：采用可解相干的阵列谱估计方法对角度和距离参数进行联合估计。

2.根据权利要求1所述的一种利用多径信号的频控阵雷达角度-距离解耦合方法，其特征在于：所述S1包括：

(1)窄带频控阵雷达发射信号模型，其发射阵列为一个阵元的线阵，以第一个阵元为参考阵元，以第一个阵元的发射频率为参考频率；阵列发射个不同频率的信号；第个阵元发射的信号为：

（1）

其中，是发射脉冲持续时间，是发射波形，是第个阵元天线的发射载频，可表示为：

（2）

其中，是参考频率，是第个阵元相对参考阵元的载频差，且满足参考阵元载频远远大于频率增量；

(2) 推导给出窄带频控阵雷达发射阵列导向矢量的过程如下：

窄带频控阵雷达的发射信号照射到探测环境中某个目标上，假设该目标相对频控阵列的角度为，相对阵列参考阵元的距离为，则该目标相对阵列第个阵元的距离为：

（3）

其中，表示第阵元到参考阵元的间距，且；时刻时，参考阵元发射的信号在目标处的相位为：

（4）

其中，为光速，此时，第个阵元相对于参考阵元发射信号在目标处的相位差为：

（5）

令式(5)中等于零，可得对应的非时变相位差为：

（6）

由此得到频控阵雷达发射导向矢量为：

（7）

其中，；

(3) 以均匀线阵形式下，均匀频率间隔为例，此时，阵元距离间隔和阵元频率间隔分别为：

（8）

（9）

其中， 为相邻阵元距离间隔， 为相邻阵元频率增量，将式(8)和式(9)代入式(6)中，非时变相位差成为：

（10）

其中，表示相邻阵元回波相位差，将式（10）代入式(7)中，得到均匀线阵均匀频率频控阵发射阵列导向矢量为：

（11）。

3. 根据权利要求2所述的一种利用多径信号的频控阵雷达角度-距离解耦合方法，其特征在于：所述S2包括：

空间探测环境中，假设所探测的目标相对于发射阵列的角度以及相对于参考阵元的距离为；频控阵列发射的个不同频率的信号，经目标反射后，被接收处理；假定接收机为带限，接收阵列包含个阵元，第个接收阵元只接收处理频率为的信号；于是，频控阵列接收到的离散信号为

（12）

其中，为离散采样点，表示接收阵列接收的离散噪声，表示目标回波离散采样；相邻阵元接收的期望目标回波相位差为

（13）

其中，表示由映射到的映射函数；

频控阵雷达对目标接收回波进行阵列信号处理，以估计出目标的角度和距离参数，几乎所有的阵列参数估计方法，本质都是对接收阵列的相位差进行估计，然后由进一步得到目标的角度和距离；

在传统相控阵列中，是未知角度参数的一维函数，且和是一一对应的，估计出便可直接得到未知角度参数；然而，在频控阵中，是参数角度和距离的联合二维函数，且未知参数和是相互耦合的，无法由估计得到的直接映射得到角度和距离，角度和距离参数估计失败。