基于时间反演的低仰角波达方向估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时间反演的低仰角波达方向估计方法，其思路为：确定天线阵列A，所述天线阵列A包含M个阵元，并且所述天线阵列A发送前向探测信号，所述前向探测信号经过目标散射后传播至天线阵列A，得到天线阵列A中第n个阵元接收经过目标散射传播回来的前向回波时域信号Yn(t)，并计算天线阵列A中第n个阵元的时间反演接收信号进而计算天线阵列A中第n个阵元的采样频率点ωq处时间反演频域接收信号的协方差矩阵对进行宽带聚焦处理，依次计算第n个阵元的宽带聚焦频率ω0处的聚焦协方差矩阵和第n个阵元的宽带聚焦频率ω0处的聚焦平滑矩阵并计算天线阵列A中第n个阵元的空间谱函数S(θ)，进而计算天线阵列A中第n个阵元的空间谱函数S(θ)的H个极大值，每一个极大值对应的角度为波达方向。

Estimation of low elevation direction of arrival based on time reversal

The invention discloses a method for the estimation of time reversal of direction of arrival based on low elevation, the idea is as follows: to determine the antenna array A, the antenna array A contains M elements, and the antenna array A before sending to the detection signal, the forward detection signal after the target scattering after spread to the antenna array A A, get the N antenna array array element through the target scattering propagation back to echo signal of Yn (T), and calculate the time inversion of antenna array in A n array receiving signal and to calculate the antenna array A the n array frequency at Q time point. The inversion frequency domain received signal covariance matrix of broadband focusing, followed by the calculation of the n array covariance matrix focusing broadband focusing frequency omega 0 and the n of the array element at the frequency of 0 broadband focusing focusing smoothing matrix and calculate the antenna In the array A, the spatial spectrum function S (theta) of the first N element is calculated, and then the H maxima (n) of the spatial spectrum function S of the array A in the antenna array are calculated.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号处理
，特别涉及一种基于时间反演的低仰角波达方向估计方法，适用于低仰角条件下相干目标的波达方向估计，进而实现目标定位与跟踪。
技术介绍
波达方向DOA估计是雷达、声纳信号处理中的一个重要研究方向，低空目标探测中的低仰角DOA估计问题一直是DOA估计领域的研究热点；因为在低仰角条件下，复杂的地形会产生大量的多径信号，多径信号与直达波信号混叠在一起，使得目标信息提取和DOA估计变得很困难。国内外，现有的以直达波为有效信息的DOA估计模型，一般采用通道等效或者滤波技术抑制多径信号影响，以提高DOA估计效果。但是在低空目标探测问题中，由于存在大量的多径信号，这种处理方法通常无法取得理想的效果。因此，低空目标探测，即低仰角的DOA估计是DOA估计领域的一个难题。目前常用的地仰角DOA估计方法主要有以下几种：(1)基于精确信号模型的最大似然方法：该方法利用天线高度、目标高度、目标和雷达之间的距离、地球曲率、大气折射等先验信息，充分考虑多径信号的影响，建立精确的多径信号反射模型，以减少待估计参数个数，提高参数估计精度；由于实际情况的复杂性、反射角和反射系数往往不能精确、甚至无法得到，因此该方法对环境适应能力很差，进而大大限制了该方法的应用。(2)基于地形匹配的等效DOA估计模型方法：具体来说，该方法首先对地形信心进行探索，然后建立相应的地形信息表；测量前，线进行地形匹配操作，根据地形匹配信息建立相应的等效DOA估计模型，从而进行DOA估计；陈伯孝、朱伟在Circuits System Signal Process期刊的2013年第32卷第2期第647–662页发表的“Altitude measurement based on terrain matching in VHF array radar”详细论述了地形匹配算法，并将该方法应用到了米波雷达测高领域；然而该方法有一个缺陷，即实际雷达目标探测过程中，地形信息很复杂，并不完全已知，因而无法保证地形的完全匹配，进而使得该方法在复杂环境中的应用受到了限制。(3)基于直达波信号的反射信号综合建模DOA估计方法：该算法对直达波信号的反射信号综合建模，并将二者的导向矢量进行合成得到DOA估计模型，然后进行DOA估计；该方法模型的准确性与入射角、反射角的准确性紧密相连；复杂地形中，多径信息很复杂，通常无法准确知道反射信号信息，必然导致一定程度上的模型失配，进而对DOA的估计性能产生了影响。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于时间反演的低仰角波达方向估计方法，该种基于时间反演的低仰角波达方向估计方法基于反演宽带聚焦空间平滑MUSIC算法TRF-SSMUSIC，并以探索复杂环境中低仰角条件下相干目标的波达方向估计，提高波达方向DOA的估计精度，进而实现目标定位与跟踪。本专利技术的技术思路是:确定天线阵列A，所述天线阵列A包含M个阵元，并且所述天线阵列A发送前向探测信号，所述前向探测信号经过目标散射后传播至天线阵列A，得到天线阵列A中第n个阵元接收经过目标散射传播回来的前向回波时域信号Yn(t)，并计算天线阵列A中第n个阵元发射的时间反演探测信号zn(t)，并计算得到天线阵列A中第n个阵元的时间反演接收信号进而计算天线阵列A中第n个阵元的采样频率点ωq处时间反演频域接收信号的协方差矩阵对进行宽带聚焦处理，依次计算第n个阵元的宽带聚焦频率ω0处的聚焦协方差矩阵和第n个阵元的宽带聚焦频率ω0处的聚焦平滑矩阵并计算天线阵列A的空间谱函数S(θ)，进而计算天线阵列A的空间谱函数S(θ)的H个极大值，每一个极大值对应的角度为波达方向。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种基于时间反演的低仰角波达方向估计方法，包括以下步骤：步骤1，确定天线阵列A，所述天线阵列A包含M个阵元，并且所述天线阵列A发送前向探测信号，所述前向探测信号经过目标散射后传播至天线阵列A，得到天线阵列A中第n个阵元接收经过目标散射传播回来的前向回波时域信号Yn(t)；t∈{1,2,…,S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时间反演的低仰角波达方向估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定天线阵列A，所述天线阵列A包含M个阵元，并且所述天线阵列A发送前向探测信号，所述前向探测信号经过目标散射后传播至天线阵列A，得到天线阵列A中第n个阵元接收经过目标散射传播回来的前向回波时域信号Yn(t)；t∈{1,2,…,S}，S表示前向回波时域信号包含的时域快拍数，n∈{1,2,..,M}，M表示天线阵列A包含的阵元个数；所述第n个阵元为天线阵列A中的任意一个阵元；步骤2，对天线阵列A中第n个阵元接收经过目标散射传播回来的前向回波时域信号Yn(t)进行时间反演操作，得到天线阵列A中第n个阵元发射的时间反演探测信号zn(t)；t∈{1,2,…,S}，S表示前向回波时域信号包含的时域快拍数；步骤3，根据天线阵列A中第n个阵元发射的时间反演探测信号zn(t)，计算得到天线阵列A中第n个阵元的时间反演接收信号步骤4，根据天线阵列A中第n个阵元的时间反演接收信号计算得到第n个阵元中采样频率点ωq处时间反演频域接收信号的协方差矩阵q∈{1,…,Q}，ωq表示第q个采样点的采样频率，Q表示天线阵列A中第n个阵元的时间反演频域接收信号进行带内采样的采样点个数；步骤5，对第n个阵元中采样频率点ωq处时间反演频域接收信号的协方差矩阵进行宽带聚焦处理，依次计算得到第n个阵元的宽带聚焦频率ω0和第n个阵元中宽带聚焦频率ω0处的聚焦协方差矩阵步骤6，对第n个阵元中宽带聚焦频率ω0处的聚焦协方差矩阵进行解相干处理，计算得到第n个阵元中宽带聚焦频率ω0处的聚焦平滑矩阵步骤7，根据第n个阵元中宽带聚焦频率ω0处的聚焦平滑矩阵计算得到天线阵列A中第n个阵元的空间谱函数S(θ)，进而计算天线阵列A中第n个阵元的空间谱函数S(θ)的H个极大值，每一个极大值对应的角度为波达方向；其中，H＝P'，P'表示对第n个阵元中宽带聚焦频率ω0处的聚焦协方差矩阵划分的子阵个数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于时间反演的低仰角波达方向估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定天线阵列A，所述天线阵列A包含M个阵元，并且所述天线阵列A发送前向探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伯孝，曾小路，杨明磊，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61