Ddma-mimo雷達目標的單脈沖角度估計方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于雷達目標角度檢測技術領域，特別設及一種DDMA-MIM0雷達目標的單 脈沖角度估計方法，即一種空慢時間編碼信號多發多收雷達目標的單脈沖角度估計方法， 主要適用于雜波背景下DDMA-MIM0雷達目標進行粗略定位后的雷達目標角度精確估計。
【背景技術】
[0002] 預警機在現代戰爭中起著極其重要的作用，使得預警機技術成為衡量一個國家空 軍軍事實力重要指標；當機載預警雷達處于下視工作時，地面雜波回波的強度較強，甚至能 夠達到60~90地，再加上載機速度較快，使得雜波多普勒頻率范圍大大展寬，進而使得運動 雷達目標容易被雜波淹沒，影響雷達目標的探測性能。
[0003] 1973年化ennan等人基于雜波存在的空時二維禪合特性，提出利用空時二維自適 應信號處理(STAP)抑制雜波的方法，并且應用該空時二維自適應信號處理技術能夠獲得較 好的抑制雜波性能，從而也提高了雷達目標的檢測性能。常用的空時二維自適應信號處理 技術包括局域聯合處理(扣L)、1DT與3DTS種方法，雖然該Ξ種方法能夠有效的抑制雜波， 但是都只能檢測出雷達目標所在的距離口W及多普勒單元，卻無法對雷達目標的參數進行 估計，特別是雷達目標的角度無法得知。因此在雜波壞境下，尤其使用空時二維自適應信號 處理(STAP)方法檢測出雷達目標后，還需要其他方法來估計雷達目標的角度。
[0004]早期的雷達使用順序波瓣法進行雷達目標的角度估計，該順序波瓣法為通過機械 掃描的方法提取出掃描方向圖的最大值，從而測量出雷達目標的角度，造成該方法需要耗 費大量的捜索時間和較大的雷達功率，而且容易受信號與噪聲起伏的影響，測量精度不高。 為提高測角精度和雷達目標的快速定位，研究人員提出了圓錐掃描方法，但是該圓錐掃描 方法沒有徹底解決順序波瓣法存在的問題，特別是難W消除信號回波起伏對測角精度的影 響。
[0005]二十世紀40年代，研究人員再次提出了單脈沖測角方法，該單脈沖測角方法采用 同時多波束技術，即由單脈沖天線同時產生若干個波束，該若干個波束在空域中同時接收 雷達目標反射回來的回波信號，最終的雷達目標角度誤差信號是通過將該若干個波束接收 到的回波信號進行比較得到的。由于理論上只需要一個回波信號就可W準確獲知雷達目標 的角度信息，所W稱之為單脈沖估計法。與圓錐掃描方法相比，單脈沖測角方法的優勢還是 很明顯的：首先，由于采用同時多波束技術，可W迅速獲取雷達目標角度誤差信號，實現對 高速運動雷達目標的角度估計;其次，單脈沖測角方法的估計精度高，能夠有效地對抗外界 環境中的各種干擾，運是因為單脈沖測角方法的估計誤差信號只與接收到的幾個波束的回 波脈沖幅度的相對值有關，雷達目標起伏干擾被各個波束接收信號之間的比值抵消掉了。 由于單脈沖測角方法的諸多優勢，單脈沖測角方法廣泛應用于預警雷達和火控雷達中，例 如美國密集陣系統、荷蘭的守口員系統與俄羅斯的卡什克系統等。
[0006]然而，采用常規單脈沖方法估計雷達目標角度，當雷達目標偏離波束中屯、或者回 波中存在較強的干擾和雜波時，得到的雷達目標角度估計性能會顯著下降；如果要提高估 計精度，又會使得計算量大大提高。

【發明內容】

[0007] 針對W上現有技術存在的不足，本發明的目的在于提出一種DDMA-MIM0雷達目標 的單脈沖角度估計方法，即一種空慢時間編碼信號多發多收雷達目標的單脈沖角度估計方 法，該方法能夠提高雷達目標的信雜噪比或信干噪比，也能夠準確計算由于抑制雜波和干 擾而引起的方向圖崎變，并且能夠在保證雷達目標角度估計精度的同時，降低計算量。
[0008]為達到上述技術目的，本發明采用如下技術方案予W實現。
[0009] 一種DDMA-MIM0雷達目標的單脈沖角度估計方法，包括W下步驟：
[0010] 步驟1，獲取一個相干處理間隔內沒有雷達目標的雷達回波信號并予W存儲，并存 儲當前時刻雷達陣列天線的主波束錐角，然后收集一個相干處理間隔內存在雷達目標的雷 達回波信號，再對所述存在雷達目標的雷達回波信號進行空時自適應處理，得到空時自適 應處理后的數據矩陣，選取所述空時自適應處理后的數據矩陣中第1個距離口、第k個多普 勒通道數據，作為雷達目標數據向量X，
[00川其中，X為MNX1維，Μ表示雷達發射陣元總數，N表示雷達接收陣元總數，1￡{1， 2，--，I}，ke{l，2，-，，J}，I表示不模糊距離口總數，即雷達接收機在一個脈沖重復周期中 的采樣次數;J表示多普勒通道總數，即雷達發射機在一個相干處理間隔中的發射脈沖數； [0012]步驟2,設i為迭代次數，i的初始值為0;根據當前時刻雷達陣列天線的主波束錐 角，計算得到雷達主波束方向參數U0 ;
[001引步驟3,根據第i次迭代后的雷達主波束方向參數ui，分別計算得到第i次迭代后的 雷達發射陣列空間導向矢量sst(m)和第i次迭代后的接收陣列空間導向矢量ssr(m)，然后 據此計算得到第i次迭代后的雷達波束導向矢量s(m);
[0014]步驟4,對第i次迭代后的雷達波束導向矢量s(m)關于第i次迭代后的雷達主波束 方向參數m進行求導，并將其求導結果作為第i次迭代后的雷達差波束導向矢量su(ui);
[0015]步驟5,對步驟1中所述的一個相干處理間隔內沒有雷達目標的雷達回波信號進行 多普勒濾波(PD)處理，計算得到經過多普勒濾波處理的雷達回波信號，選取所述經過多普 勒濾波處理的雷達回波信號中第k個多普勒通道的數據矩陣A，然后求出所述數據矩陣A的 逆協方差矩陣Q;
[0016]步驟6,根據所述數據矩陣A的逆協方差矩陣Q、第i次迭代后的雷達波束導向矢量S (Ui)和第i次迭代后的雷達差波束導向矢量Su(Ui)，分別計算得到第i次迭代后的雷達波束 權矢量和第i次迭代后的雷達差波束權矢量wi;
[0017]步驟7,根據第i次迭代后的雷達主波束方向參數m、第i次迭代后的雷達波束導向 矢量s(m)、第i次迭代后的雷達差波束導向矢量su(ui)、第i次迭代后的雷達波束權矢量 >4、第i次迭代后的雷達差波束權矢量的和雷達目標數據向量X，計算得到第i次迭代后的 雷達目標方向參數的估計值壞；
[0018]若|啤-刮含f，ε表示設定的常數，將第i次迭代后的雷達目標方向參數的估計值瑪 替換第i次迭代后的雷達主波束方向參數m，然后令i增加1，返回步驟3;
[0019] 若|α·-卻|<￡?，迭代停止，此時得到的第i次迭代后的雷達目標方向參數的估計值 瑪，為雷達目標方向參數的最優估計值，進行步驟8;
[0020] 步驟8,根據雷達目標方向參數的最優估計值&，計算得到雷達目標的角度估計值 白。
[0021] 本發明的有益效果:本發明將一種基于最大似然估計的自適應單脈沖測角方法推 廣到DDMA-MIM0雷達目標上，并且得到的雷達目標的角度估計是對最大似然解的一種近似， 由于該雷達目標角度的估計直接采用解析表達式，使得其計算量非常小，還能夠大大減小 最大似然估計的計算量的同時，仍然具有較高的精度。同時，通過迭代計算能夠使得當雷達 目標角度偏離波束中屯、的時候，也能保證測角性能。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明方法的流程圖；
[0023] 圖2是本發明方法與鑒角曲線捜索法、最大似然估計的角度捜索法、基于最大似然 估計的自適應單脈沖方法的估計誤差分別隨信噪比變化的曲線示意圖；
[0024] 圖3是本發明方法與鑒角曲線捜索法、最大似然估計的角度捜索法、基于最大似然 估計的自適應單脈沖方法的估計誤差分別隨雷達目標錐角變化的曲線示意圖；
[0025] 圖4是本發明方法與鑒角曲線捜索法、最大似然估計的角度捜索法、基于最大似然 估計的自適應單脈沖方法的估計誤差分別隨雷達目標速度變化的曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 參照圖1，為本發明方法的流程圖，一種DDMA-MIM0雷達目標的單脈沖角度估計方 法，包括W下步驟：
[0027] 步驟1，獲取一個相干處理間隔內沒有雷達目標的雷達回波信號并予W存儲，并存 儲當前時刻雷達陣列天線的主波束錐角，然后收集一個相干處理間隔內存在雷達目標的雷 達回波信號，再對所述存在雷達目標的雷達回波信號進行空時自適應處理(STAP)，得到空 時自適應處理（STAP)后的數據矩陣，選取所述空時自適應處理(STAP)后的數據矩陣中第1 個距離口、第k個多普勒通道數據，作為雷達目標數據向量X。
[002引其中，X為MNX1維，Μ表示雷達發射陣元總數，N表示雷達接收陣元總數，1￡{1， 2，--，I}，ke{l，2，-，，J}，I表示不模糊距離口總數，即雷達接收機在一個脈沖重復周期中 的采樣次數，J表示多普勒通道總數，即雷達發射機在一個相干處理間隔中的發射脈沖數。
[0029]具體地，在雷達掃描目標前，首先收集一個相干處理間隔內沒有雷達目標的雷達 回波信號并予W存儲;然后，當雷達掃描到目標時，存儲當前時刻雷達陣列天線的主波束錐 角，并收集一個相干處理間隔內存在