[发明专利]一种基于多通道雷达实测数据估计方位波束宽度的方法

权利要求书

1.一种基于多通道雷达实测数据估计方位波束宽度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，选择用来估计方位波束宽度的强散射体目标：

利用船舶自动识别系统AIS获取岸基雷达照射海域中经过或停泊的船只信息，基于船只信息选择用于估计方位波束宽度的非合作目标，具体步骤为：

步骤11，结合雷达照射方位范围和AIS中船只的方位角度，选择长度大于100米，宽度大于30米的船只作为估计方位波束宽度的目标船只；

步骤12，判断步骤11中所选船只的航速是否为0，如果航速为0，则选择该停泊船只作为测量目标，若航速不为0，则不选该船只；

步骤2，计算雷达照射目标的方位角Φ和俯仰角Θ：

结合AIS中船只经纬度信息和雷达架设位置经纬度信息，计算雷达天线法线对准目标时需设置的方位角Φ；计算雷达天线与目标之间的直线距离D，并结合已知雷达架设高度H，计算雷达天线法线对准目标时需设置的俯仰角Θ，见下式(1)，其中arcsin(·)为反正弦函数；

步骤3，设置雷达相扫模式参数：

基于步骤2中计算所得的雷达方位角和俯仰角，仅能确定雷达相扫模式中的方位相扫中心，还需设置雷达方位扫描范围、相扫角度、相扫间隔角、相扫测量时长参数，具体步骤为：

步骤31，估计雷达天线方位波束宽度：

由N个阵元组成的一维均匀线阵，阵元间隔d＝λ/2，利用下式(2)，近似估算雷达天线方位波束宽度其中λ＝c/f₀，c＝3×10⁸m/s为电磁波传播速度，f₀为雷达工作频率；

步骤32，设置相扫角度：

根据步骤31中估算的雷达天线方位波束宽度，设置相扫角度偏离天线法线的最大角度不超过120度，见下式(3)，以阵面天线法线为相扫角度零点，设置相扫起始角度θ_scan1和相扫终止角度θ_scan2：

步骤33，设置相扫间隔角为θ_step度；

步骤34，设置相扫间隔角θ_step对应的脉冲数为m_scan；

步骤35，设置最小测量时长：

根据步骤32-34中设置的相扫角度相关参数，结合雷达工作参数中的脉冲重复频率，计算最小测量时长t_min，见下式(4)，式中PRF为脉冲重复频率；

步骤4，处理相扫数据：

步骤41，根据步骤2中确定的雷达天线与目标之间的距离D，计算目标所在的中心距离单元r_o，见下式(5)，其中Δm为距离分辨率，

步骤42，依据所选船只目标长度L占据的距离单元数目num，确定所选船只对应的距离范围Δr，见下式(6)：

r_o-num≤Δr≤r_o+num (6)

步骤43，利用船只对应的距离范围Δr和测量数据的时间长度组成的数据矩阵，绘制距离-时间RT二维伪彩色图，并从RT图中选择一段完整的扫描信号；

步骤44，以步骤43中选择的完整扫描信号为处理对象，对Δr个距离单元对应幅度平均，得到平均距离单元对应的幅值随M个脉冲的变化曲线，见下式(7)：

步骤45，对步骤44中M个脉冲对应的一维幅值，依次以m_scan个脉冲平均，得到M/m_scan个以θ_step为刻度的方位角对应的一维幅值图，并对M/m_scan个横坐标乘以θ_step，将一维幅值图横坐标转换为方位维度数；

步骤5，估计3dB波束宽度：

步骤51，补偿相扫带来的增益损失：对步骤45对应的方位-幅值数据Data_ys进行下式(8)的计算，补偿相扫带来的增益损失，得到补偿增益损失后的数据Data_bc，其中θ为以起点为θ_scan1，终点为θ_scan2，间隔为θ_step组成的方位向量，*表示向量乘以运算；

步骤52，寻找数据Data_bc中最大值，找出最大值下降6dB后，左右对应的方位角度θ_left、θ_right，且分别乘以相应的波束展宽因子cosθ_left、cosθ_right，根据下式(9)可得3dB波束宽度：

θ_3dB＝(θ_right·cosθ_right)-(θ_left·cosθ_left) (9)。