雷达角度估计及误差校正方法技术

本发明专利技术实施例提出一种雷达角度估计及误差校正方法，涉及目标探测技术领域，该方法包括：建立雷达阵列模型；获取接收端和发射端的误差矩阵；获取目标的DOA和DOD；获取接收端及发射端的非线性最小均方误差优化模型，并获取对应的接收端优化模型的互耦和幅相误差矩阵及发射端优化模型的互耦和幅相误差矩阵；采用接收端优化模型互耦误差矩阵校正接收端互耦误差矩阵，采用接收端优化模型幅相误差矩阵校正接收端幅相误差矩阵，采用发射端优化模型互耦误差矩阵校正发射端互耦误差矩阵，采用发射端优化模型幅相误差矩阵校正发射端幅相误差矩阵。本发明专利技术能够校正收发阵列存在的互耦误差及幅相误差，并精确地计算出目标的DOA和DOD，运算量小。

Radar angle estimation and error correction method

The embodiment of the invention provides a radar angle estimation and error correction method to target detection technology, the method includes: establishing the radar array model; error matrix for receiver and transmitter; get the target DOA and DOD; get the receiver and the transmitter non linear minimum mean square error optimization model, optimization the model and obtain the corresponding receiver optimization model of mutual coupling and amplitude phase error matrix and transmitter mutual coupling and amplitude phase error matrix; using receiver optimization model of mutual coupling error matrix correction receiver mutual coupling error matrix, the receiving end of the receiving end correction of amplitude and phase errors of amplitude and phase error matrix matrix optimization model. The transmitter optimization model of mutual coupling error matrix correction transmitting mutual coupling error matrix, the transmitter optimization of amplitude and phase error correction matrix model of the transmitter amplitude and phase error matrix. The invention can correct the mutual coupling error and amplitude and phase error of the transceiver array, and accurately calculate the DOA and DOD of the target, and the computation is small.

【技术实现步骤摘要】
雷达角度估计及误差校正方法
本专利技术涉及目标探测
，具体而言，涉及一种雷达角度估计及误差校正方法。
技术介绍
基于阵列参数模型的双基地多输入多输出(MIMO：MultipleInputMultipleOutput)雷达高分辨角度估计算法，以其优良的高分辨性能受到了人们广泛的关注。但高分辨算法庞大的运算量和算法对误差的低鲁棒性一直是限制它们实际工程应用的重要瓶颈。随着高速数字信号处理器的不断更新和发展，以及人们对并行快速算法和次最优算法的深入研究，高分辨算法实时实现的问题得到了根本的缓解。但阵列误差校正和鲁棒的角度估计算法的研究还很不完善。各种高分辨角度估计算法依赖对阵列参数模型准确的先验知识，如典型的多重信号分类(MUSIC：MUltipleSIgnalClassification)算法需要阵列可见区域(FOV：FieldOfView)内阵列流形的精确信息，旋转不变子空间(ESPRIT：EstimationofSignalParametersviaRotationalInvarianceTechniques)算法虽然避免了阵列流形的校正，但它需要两个特性完全相同的子阵结构等。由于人们对阵列模型已有的先验知识往往都有一定的偏差，这些算法在实际应用中大都是无法实现。人们研究发现各种高分辨的空间谱估计算法对误差的鲁棒性能很差，对模型误差往往很敏感，微小的模型扰动往往会带来方位估计性能的急骤恶化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种雷达角度估计及误差校正方法，其能够校正接收阵列与发射阵列存在的互耦误差及幅相误差，并精确地计算出目标对象的DOA和DOD，运算量小。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种雷达角度估计及误差校正方法，所述方法的步骤包括：建立基于辅助阵元的双基地MIMO雷达阵列模型，其中，所述双基地MIMO雷达阵列模型包括接收阵列和发射阵列；获取接收端误差矩阵和发射端误差矩阵，其中，所述接收端误差矩阵由所述接收阵列的接收端互耦误差矩阵和接收端幅相误差矩阵通过第一矩阵运算获取，所述发射端误差矩阵由所述发射阵列的发射端互耦误差矩阵和发射端幅相误差矩阵通过第一矩阵运算获取；获取目标对象的DOA和DOD；获取接收端非线性最小均方误差优化模型和发射端非线性最小均方误差优化模型，并分别获取对应的接收端优化模型互耦误差矩阵、接收端优化模型幅相误差矩阵和发射端优化模型互耦误差矩阵、发射端优化模型幅相误差矩阵，其中，所述接收端非线性最小均方误差优化模型由所述接收端互耦误差矩阵和所述接收端幅相误差矩阵获取，所述发射端非线性最小均方误差优化模型由所述发射端互藕误差矩阵和所述发射端幅相误差矩阵获取，所述接收端优化模型误差矩阵由所述接收端最小均方误差优化模型获取，所述发射端优化模型误差矩阵由所述发射端最小均方误差优化模型获取；采用所述接收端优化模型互耦误差矩阵校正所述接收端互耦误差矩阵，采用所述接收端优化模型幅相误差矩阵校正所述接收端幅相误差矩阵，采用所述发射端优化模型互耦误差矩阵校正所述发射端互耦误差矩阵，采用所述发射端优化模型幅相误差矩阵校正所述发射端幅相误差矩阵。进一步地，所述建立基于辅助阵元的双基地MIMO雷达阵列模型的步骤，包括：在所述接收阵列引入第一预设数量的第一阵元；在所述发射阵列引入第二预设数量的第二阵元；采用匹配过滤器处理所述接收阵列获得第一回波信号；根据所述第一回波信号获取所述接收端互耦误差矩阵、所述接收端幅相误差矩阵、接收端导向矢量以及所述发射端互耦误差矩阵、所述发射端幅相误差矩阵、发射端导向矢量。进一步地，所述第一阵元的阵元间距小于雷达电磁波的半波长，所述第二阵元的阵元间距小于雷达电磁波的半波长。进一步地，所述第一阵元的阵元间距为雷达电磁波的半波长，所述第二阵元的阵元间距为雷达电磁波的半波长。进一步地，所述第一回波信号表示为：其中，表征所述接收端互耦误差矩阵，表征所述接收端幅相误差矩阵，grn和φrn(n＝1,2,…,N)分别表征第n个所述第一阵元的幅度误差系数和相位误差系数，表征所述接收端导向矢量，表征所述发射端互耦误差矩阵，表征所述发射端幅相误差矩阵，gtm和φtm(m＝1,2,…,M)分别表征第m个所述第二阵元的幅度误差系数和相位误差系数；表征所述发射端导向矢量，sp(t)表征在t时刻第p个目标RCS对应的衰落系数；n(t)表征均值为0，协方差矩阵为的高斯白噪声，diag[·]表征以行矢量为主对角线元素构成对角矩阵；bdiag[·]表征由其元素作为对角元素构成块状对角矩阵，Im表征m阶单位阵。进一步地，所述获取接收端误差矩阵和发射端误差矩阵的步骤，包括：采用第一矩阵运算处理所述接收阵列获得第二回波信号；分析所述第二回波信号获取所述接收端误差矩阵及所述发射端误差矩阵。进一步地，所述第二回波信号表示为：其中，表征所述接收端误差矩阵，表征对角矩阵Zr(θp)的第i个对角元素，表征所述发射端误差矩阵，表征对角矩阵的第i个对角元素，[C](i,n)表示的是矩阵C的第i行第n列元素。进一步地，所述获取目标对象的DOA和DOD的步骤，包括：获取与所述接收阵列相应的协方差矩阵；对所述协方差矩阵进行特征值分解获取相应的噪声子空间；根据子空间原理，对所述噪声子空间进行分析，并结合谱峰搜索，获取所述DOA和所述DOD。进一步地，所述获取接收端非线性最小均方误差优化模型和发射端非线性最小均方误差优化模型，并获取分别对应的接收端优化模型互耦误差矩阵、接收端优化模型幅相误差矩阵和发射端优化模型互耦误差矩阵、发射端优化模型幅相误差矩阵的步骤，包括：根据所述接收端互耦误差矩阵和所述接收端导向矢量建立所述接收端非线性最小均方误差优化模型；根据所述发射端互耦误差矩阵和所述发射端导向矢量建立所述发射端非线性最小均方误差优化模型；根据所述接收端非线性最小均方误差优化模型获取所述接收端优化模型互耦误差矩阵和所述接收端优化模型幅相误差矩阵；根据所述发射端非线性最小均方误差优化模型获取所述发射端优化模型互耦误差矩阵和所述发射端优化模型幅相误差矩阵。进一步地，所述采用所述接收端优化模型互耦误差矩阵校正所述接收端互耦误差矩阵，采用所述接收端优化模型幅相误差矩阵校正所述接收端幅相误差矩阵，采用所述发射端优化模型互耦误差矩阵校正所述发射端互耦误差矩阵，采用所述发射端优化模型幅相误差矩阵校正所述发射端幅相误差矩阵的步骤，包括：采用MUSIC算法将所述接收端优化模型互耦误差矩阵用于校正所述接收端互耦误差矩阵；采用MUSIC算法将所述接收端优化模型幅相误差矩阵用于校正所述接收端幅相误差矩阵；采用MUSIC算法将所述发射端优化模型互耦误差矩阵用于校正所述发射端互耦误差矩阵；采用MUSIC算法将所述发射端优化模型幅相误差矩阵用于校正所述发射端幅相误差矩阵。相对于现有技术，本专利技术实施例具有以下有益效果：本专利技术实施例提供的一种雷达角度估计及误差校正方法，其通过确定双基地MIMO雷达阵列模型中接收阵列与发射阵列存在的互耦误差及幅相误差各自的校正系数，能够有效减小接收阵列与发射阵列存在的互耦误差及幅相误差；且无需任何互耦误差矩阵和幅相误差矩阵即可较为精确地计算出目标对象的DOA和DOD；同时，二维角度与阵列误差联合估本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雷达角度估计及误差校正方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：建立基于辅助阵元的双基地MIMO雷达阵列模型，其中，所述双基地MIMO雷达阵列模型包括接收阵列和发射阵列；获取接收端误差矩阵和发射端误差矩阵，其中，所述接收端误差矩阵由所述接收阵列的接收端互耦误差矩阵和接收端幅相误差矩阵通过第一矩阵运算获取，所述发射端误差矩阵由所述发射阵列的发射端互耦误差矩阵和发射端幅相误差矩阵通过第一矩阵运算获取；获取目标对象的DOA和DOD；获取接收端非线性最小均方误差优化模型和发射端非线性最小均方误差优化模型，并分别获取对应的接收端优化模型互耦误差矩阵、接收端优化模型幅相误差矩阵和发射端优化模型互耦误差矩阵、发射端优化模型幅相误差矩阵，其中，所述接收端非线性最小均方误差优化模型由所述接收端互耦误差矩阵和所述接收端幅相误差矩阵获取，所述发射端非线性最小均方误差优化模型由所述发射端互藕误差矩阵和所述发射端幅相误差矩阵获取，所述接收端优化模型误差矩阵由所述接收端最小均方误差优化模型获取，所述发射端优化模型误差矩阵由所述发射端最小均方误差优化模型获取；采用所述接收端优化模型互耦误差矩阵校正所述接收端互耦误差矩阵，采用所述接收端优化模型幅相误差矩阵校正所述接收端幅相误差矩阵，采用所述发射端优化模型互耦误差矩阵校正所述发射端互耦误差矩阵，采用所述发射端优化模型幅相误差矩阵校正所述发射端幅相误差矩阵。...

【技术特征摘要】
1.一种雷达角度估计及误差校正方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：建立基于辅助阵元的双基地MIMO雷达阵列模型，其中，所述双基地MIMO雷达阵列模型包括接收阵列和发射阵列；获取接收端误差矩阵和发射端误差矩阵，其中，所述接收端误差矩阵由所述接收阵列的接收端互耦误差矩阵和接收端幅相误差矩阵通过第一矩阵运算获取，所述发射端误差矩阵由所述发射阵列的发射端互耦误差矩阵和发射端幅相误差矩阵通过第一矩阵运算获取；获取目标对象的DOA和DOD；获取接收端非线性最小均方误差优化模型和发射端非线性最小均方误差优化模型，并分别获取对应的接收端优化模型互耦误差矩阵、接收端优化模型幅相误差矩阵和发射端优化模型互耦误差矩阵、发射端优化模型幅相误差矩阵，其中，所述接收端非线性最小均方误差优化模型由所述接收端互耦误差矩阵和所述接收端幅相误差矩阵获取，所述发射端非线性最小均方误差优化模型由所述发射端互藕误差矩阵和所述发射端幅相误差矩阵获取，所述接收端优化模型误差矩阵由所述接收端最小均方误差优化模型获取，所述发射端优化模型误差矩阵由所述发射端最小均方误差优化模型获取；采用所述接收端优化模型互耦误差矩阵校正所述接收端互耦误差矩阵，采用所述接收端优化模型幅相误差矩阵校正所述接收端幅相误差矩阵，采用所述发射端优化模型互耦误差矩阵校正所述发射端互耦误差矩阵，采用所述发射端优化模型幅相误差矩阵校正所述发射端幅相误差矩阵。2.如权利要求1所述的雷达角度估计及误差校正方法，其特征在于，所述建立基于辅助阵元的双基地MIMO雷达阵列模型的步骤，包括：在所述接收阵列引入第一预设数量的第一阵元；在所述发射阵列引入第二预设数量的第二阵元；采用匹配过滤器处理所述接收阵列获得第一回波信号；根据所述第一回波信号获取所述接收端互耦误差矩阵、所述接收端幅相误差矩阵、接收端导向矢量以及所述发射端互耦误差矩阵、所述发射端幅相误差矩阵、发射端导向矢量。3.如权利要求2所述的雷达角度估计及误差校正方法，其特征在于，所述第一阵元的阵元间距小于雷达电磁波的半波长；所述第二阵元的阵元间距小于雷达电磁波的半波长。4.如权利要求2所述的雷达角度估计及误差校正方法，其特征在于，所述第一阵元的阵元间距为雷达电磁波的半波长；所述第二阵元的阵元间距为雷达电磁波的半波长。5.如权利要求2所述的雷达角度估计及误差校正方法，其特征在于，所述第一回波信号表示为：其中，表征所述接收端互耦误差矩阵，表征所述接收端幅相误差矩阵，grn和φrn(n＝1,2,…,N)分别表征第n个所述第一阵元的幅度误差系数和相位误差系数，表征所述接收端导向矢量，表征所述发射端互耦误差矩阵，表征所述发射端幅相误差矩阵，gtm和φtm(m＝1,2,…,M)分别表征第m个所述第二阵元的幅度误差系数和相位误差系数；表征所述发射端导...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭艺夺，宫健，冯为可，张永顺，李洪兵，李志汇，王强，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61