[发明专利]快速的雷达单快拍MUSIC测角方法

说明书

本发明提供一种快速的雷达单快拍MUSIC测角方法，涉及雷达信号处理技术领域。本发明首先获取阵列频域单快拍数据；然后计算阵列频域单快拍数据的协方差矩阵，并进行特征值分解得到噪声子空间；在目标所在视角范围内，以角分辨率为搜索步进，结合噪声子空间进行多个目标来波方向的空间谱搜索，得到多个目标的粗略角度估计值；最后根据多个目标的粗略角度估计值和搜索步进确定搜索范围区间，采用黄金分割算法进行精搜，得到多目标的精确角度估计值。本发明在保证算法角度估计精度和角分辨率的条件下，尽量减少计算量和所占内存空间，采用单快拍求解协方差矩阵，并结合黄金分割进行空间谱搜索，很大程度上提高了MUSIC算法的实时性能。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，具体涉及一种快速的雷达单快拍MUSIC测角方法。

背景技术

空间信号DOA(direction of arrival)估计是阵列信号处理的基本问题之一，也是雷达、无线通信以及声呐等许多领域的重要任务之一。采用传统DOA算法，为得到较高的角度分辨率一般而言，一般需要大型的接收阵列天线。然而，受工程应用和资金等实际情况的限制，大型阵列很难实现。因此，基于信号子空间的DOA估计方法，例如：MUSIC、ESPRIT、方向估计方法(method of direction estimation,MODE)和最小范数(min-norm)等，因其突破瑞利限制的超高角分辨率和角精度而广为人知。但是超分辨DOA估计算法也普遍存在运算复杂度高、运算时间长的问题，较大程度限制了这些算法的硬件实现。

其中，采用MUSIC算法进行DOA估计时，主要分为以下几个步骤：(1)根据点快拍数接收信号矢量计算阵列协方差矩阵；(2)对得到的协方差矩阵进行特征值分解，得到信号子空间和噪声子空间；(3)在角度搜索范围内，计算各角度的空间谱函数，通过寻求峰值来得到入射角度。算法的性能和计算量与以下两点有很大的关系：一、数据积累的快拍数越多，得到的协方差矩阵越趋近于理想协方差矩阵，DOA估计性能越好，但是相应的协方差矩阵求解的计算量也越大；二、空间谱谱峰搜索次数与搜索角度的步进是一致的，若要提高角度估计精度，就要增加谱峰搜索次数。即现有方法无法在满足精度的要求下，减少计算量。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种快速的雷达单快拍MUSIC测角方法，解决了现有方法无法兼顾精度和减少计算量的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种快速的雷达单快拍MUSIC测角方法，该方法包括：

S1、对雷达阵列回波信号的各通道进行二维FFT处理后，使用CFAR检测获取阵列频域单快拍数据；

S2、计算阵列频域单快拍数据的协方差矩阵，并进行特征值分解得到噪声子空间；

S3、在目标所在视角范围内，以角分辨率为搜索步进，结合噪声子空间进行多个目标来波方向的空间谱搜索，得到多个目标的粗略角度估计值；

S4、根据多个目标的粗略角度估计值和搜索步进确定搜索范围区间，采用黄金分割算法进行精搜，得到多目标的精确角度估计值。

优选的，所述S1具体包括：

S101、对雷达阵列回波信号s_m(i,n)沿距离维n方向进行第一维N点的FFT变换，再沿周期i方向进行第二维I点的FFT变换，将二维FFT数据记为S_m(ω_i,ω_n)，其中ω_i和ω_n分别表示距离维和多普勒维FFT的序号；