[发明专利]一种调频步进雷达的和差单脉冲测角方法

权利要求书

1.一种调频步进雷达的和差单脉冲测角方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取调频步进雷达和差单脉冲测角的角敏函数；

2)测量目标距离像中幅度大、相距远互不干扰的若干强散射中心的角度；

3)对强散射中心的角度测量值进行加权平均，得到最终的目标角度。

2.根据权利要求1所述的一种调频步进雷达的和差单脉冲测角方法，其特征在于：所述步骤1)获取调频步进雷达和差单脉冲测角的角敏函数，具体为，

1-1)设调频步进雷达发射由K个脉冲组成的频率步进线性调频相参脉冲串，即频率步进LFM相参脉冲串，脉冲宽度为T，脉冲重复周期为T_r，第1个脉冲的载频，即初始载频为f₀，相邻两个脉冲的载频差，即频率步进量为Δf，

设雷达发射的频率步进LFM相参脉冲串信号s_t(t)为，

式中：t为时间，a_t为发射信号的幅度，rect(·)为矩形函数，当-1/2≤t≤1/2时，rect(t)＝1，否则rect(t)＝0，u(·)为LFM脉冲信号，u(t)＝exp(jπγt²)，-T/2≤t≤T/2，γ＝B/T为LFM脉冲信号的调频斜率，B为LFM脉冲信号的带宽，j为虚数单位，j²＝-1；

1-2)设调频步进雷达的天线阵是由N个阵元组成的均匀线阵，相邻两个阵元之间的间距为d，若在距离R₀、角度θ_t处有一个静止点目标，雷达发射信号在传播过程中遇到该点目标会产生回波信号，该回波信号会被雷达天线阵接收到，则第n个阵元接收到的回波信号s_r′_n(t)为，

式中：a_r为回波信号的幅度，t₀＝2R₀/c为参考阵元接收到的回波信号的双程时延，c为光速，τ_n＝ndsinθ_t/c为第n个阵元接收到的回波信号相对于参考阵元的时延，n＝0,1,...,N-1，

设第0号阵元为参考阵元，则τ₀＝0，

对回波信号s′_rn(t)进行混频处理，得到零中频信号s_rn(t)，

对于阵列孔径渡越时间τ_N-1＝(N-1)dsinθ_t/c，当满足条件B＜1/τ_N-1时，式(3)可以表示为，

式中：λ_k为第k个脉冲的波长，λ_k＝c/(f₀+kΔf)，k＝0,1,...,K-1，

综合N个阵元上的回波信号，得到目标回波信号向量s_r(t)，

式中：φ_tk＝(2π/λ_k)dsinθ_t，上标T表示取转置；

1-3)设对目标回波信号向量s_r(t)进行和波束形成的导向向量a_Σk、进行差波束形成的导向向量a_Δk为，

a_Σk＝a_0k⊙ω_Σ,a_Δk＝a_0k⊙ω_Δ (6)

式中：φ_0k＝(2π/λ_k)dsinθ₀，θ₀为和波束形成的指向，ω_Σ为和波束形成的窗函数，ω_Δ为差波束形成的窗函数，⊙为Hadamard积，

对式(5)的目标回波信号向量s_r(t)进行和波束形成，得到和波束信号s_Σ(t)为，

式中：上标H表示取共轭转置，

对式(5)的目标回波信号向量s_r(t)进行差波束形成，得到差波束信号s_Δ(t)为，

1-4)将式(7)的和波束信号s_Σ(t)变换到频域，得到第一频谱信号S_Σ(f)，

式中：f为频率，为LFM信号的频谱，

将式(8)的差波束信号s_Δ(t)变换到频域，得到第二频谱信号S_Δ(f)，

式中：

根据匹配滤波器理论，回波信号的匹配滤波器的频率响应函数为U^*(f)，上标*表示取共轭，则式(9)的第一频谱信号经过匹配滤波器后输出为S′_Σ(f)，

式中：a′_r＝a_r/γ为匹配滤波器输出信号的幅度，

式(10)的第二频谱信号经过匹配滤波器后输出为S′_Δ(f)，

对式(11)执行傅里叶逆变换，实现分辨率为c/(2B)的距离粗分辨，得到第一信号s′_Σ(t)，

对式(12)执行傅里叶逆变换，实现分辨率为c/(2B)的距离粗分辨，得到第二信号s′_Δ(t)，

1-5)为了实现分辨率为c/(2KΔf)的距离高分辨，在式(13)的每个距离粗分辨单元上分别执行傅里叶逆变换，得到目标所在单元的和波束高分辨距离像

式中：θ＝θ_t-θ₀为目标角度θ_t相对于阵列和波束指向θ₀的偏差，

在式(14)的每个距离粗分辨单元上分别执行傅里叶逆变换，得到目标所在单元的差波束高分辨距离像

1-6)对于式(15)中的和波束高分辨距离像和式(16)中的差波束高分辨距离像计算两者的比值，从而得到角敏函数χ(θ)，