一种频控阵雷达目标参数的模糊函数空间谱估计方法技术

本发明专利技术公开了一种频控阵雷达目标参数的模糊函数空间谱估计方法，包括以下步骤：步骤S1：将频控阵雷达每个接收天线接收到的数据分为K组，应用ESPRIT算法估计得到角度步骤S2：根据估计得到的角度将频控阵雷达接收每个接收天线接收到的数据进行重新分组；步骤S3：对不同天线收到的信号做互模糊函数计算；步骤S4：对不同接收天线之间的互模糊函数做均值期望处理；步骤S5：对均值期望处理后的AF

【技术实现步骤摘要】
一种频控阵雷达目标参数的模糊函数空间谱估计方法


[0001]本专利技术涉及雷达探测领域，特别是涉及一种频控阵雷达目标参数的模糊函数空间谱估计方法。

技术介绍

[0002]相控阵列雷达已经得到广泛普及应用，但由于相控阵的阵列因子没有距离参数变量，不能对雷达目标的距离和角度进行二维联合估计。但是，由于频控阵(FDA，Frequency Diverse Array)阵列因子不仅包括角度变量，还具有距离和时间变量，频控阵雷达有望实现目标角度和距离联合估计应用。
[0003]与相控阵雷达相比，频控阵的波束不仅具有方向依赖性，同时具有距离依赖性的特性，频控阵雷达和相控阵雷达一样地每个阵元发射相同的基带波形信号，但各个阵元施加了不同的频率偏移Δf。
[0004]如图1所示，频控阵雷达的第m个阵元发射信号频率为
[0005]f
m
＝f0+(m
‑
1)
·
Δf,m＝1,2,...,M
ꢀꢀꢀ
(1)
[0006]其中M为天线阵元个数，d为阵元间距，f0为雷达载频，则方位角θ和距离r处的信号可表征为
[0007][0008]式中，c0为光速。
[0009]在远场情况下，由于r
m
＞＞M
‑
1 d sinθ和r
m
≈r
‑
md sinθ，我们可以忽略距离衰减对阵元电场幅度的影响。因此，式(2)可以表征为
[0010][0011]其中Φ0＝2πf
0 t
‑
r/c0‑
π(M
‑
1)Δfr
‑
f0d sinθ
‑
Δfd sinθ
‑
Δft/c0，即频控阵的辐射方向图依赖角度θ、距离r和时间t。
[0012]可见，频控阵的辐射方向图不仅具有距离和方位角依赖性，而且具有“S”形的距离和方位角耦合性。相对相控阵雷达只能实现目标角度估计，频控阵雷达不仅能够实现目标角度估计，还能实现目标距离估计，但这种距离和方位角耦合问题，导致不能采用传统雷达目标参数估计方法实现无模糊估计。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种频控阵雷达目标参数的模糊函数空间谱估计方法，能够实现目标距离和角度联合估计，且在低信噪比情况下具有较高的
Rotational Invariance Technique)算法估计得到角度将其代入(4)，则可将(4)重新分组表征为
[0033][0034]其中，
[0035][0036][0037]步骤S3：对不同天线收到的信号做互模糊函数计算；
[0038]所述步骤S3包括：
[0039]对于N个接收阵列天线，每个天线都将会收到X
k
，将第n个天线收到的X
k
表征为X
k
‑
n
(t)，则对n和n'两个不同天线收到的信号做互模糊函数计算，即
[0040][0041]步骤S4中，对不同接收天线之间的互模糊函数做均值期望处理的方式如下：
[0042]AF
average
(τ,f
d
)＝E{AF
n,n'
(τ,f
d
)}
ꢀꢀꢀ
(8)
[0043]步骤S5：对均值期望处理后的AF
average
(τ,f
d
)作特征分解，通过空间谱估计实现目标距离估计。
[0044]所述步骤S5包括：
[0045]S501.对均值期望处理后的A a
F
v e
(τ
r
f
ad
,)
g
作特征子空间分解A a
F
v e
(τ
r
f
da
,)
g
＝
e
E
s
Λ
s
E
sH
+E
n
Λ
n
E
nH
，H为共轭转置符号，Λ
s
和Λ
n
分别信号和噪声特征值，E
s
和E
n
分别信号和噪声特征值对应的特征向量，则噪声功率谱可计算为P
n
＝E
n
E
nH
；
[0046]S502.采用空间谱估计算法MUSIC，即和常规MUSIC空间谱估计算法一样，搜索F(τ,f
d
)的峰值，便可估计出目标的位置信息。
[0047]本专利技术的有益效果是：1)相比于传统相控阵雷达技术只能实现目标角度估计，本专利技术能够实现目标距离和角度联合估计。
[0048]2)与传统频控阵雷达目标的空间谱估计技术相比，能够避免距离
‑
角度二维空间峰值搜索，简化为两个一维峰值搜索，降低了峰值搜索复杂度。
[0049]3)在低信噪比情况下，相对传统估计方法，估计精度更高。
附图说明
[0050]图1为传统频控阵的阵列结构示意图；
[0051]图2为本专利技术的方法流程图；
[0052]图3为目标角度估计误差比较示意图；
[0053]图4为目标距离估计误差比较示意图。
具体实施方式
[0054]下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。
[0055]本专利技术根据频控阵雷达回波信号特点，从雷达模糊函数角度利用空间谱估计算法进行目标方位角和距离参数联合估计，解决了低信噪比情况下的频控阵雷达目标参数高精度估计问题，具体地：
[0056]如图2所示，一种频控阵雷达目标参数的模糊函数空间谱估计方法，包括以下步骤：
[0057]步骤S1：将频控阵雷达每个接收天线接收到的数据分为K组，应用ESPRIT算法估计得到角度
[0058]步骤S2：根据估计得到的角度将频控阵雷达接收每个接收天线接收到的数据进行重新分组；
[0059]步骤S3：对不同天线收到的信号做互模糊函数计算；
[0060]步骤S4：对不同接收天线之间的互模糊函数做均值期望处理；
[0061]步骤S5：对均值期望处理后的AF
average
(τ,f
d
)作特征分解，通过空间谱估计实现目标距离估计。
[0062]在本申请的实施例中，本实施例中，考虑X波段的频控阵雷达，载波频率为f0＝10G Hz，频率间隔Δf＝5kHz，阵元数量为13的均匀线阵，阵元之间的间距d＝c/(2f0)。设定目标的方位角为θ＝25
°
，距离为r＝75km。
[0063]使用传统均匀线性阵列的硬件部分，采用的天线总数目为奇数2M+1。从第1根天线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种频控阵雷达目标参数的模糊函数空间谱估计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：将频控阵雷达每个接收天线接收到的数据分为K组，应用ESPRIT算法估计得到角度步骤S2：根据估计得到的角度将频控阵雷达接收每个接收天线接收到的数据进行重新分组；步骤S3：对不同天线收到的信号做互模糊函数计算；步骤S4：对不同接收天线之间的互模糊函数做均值期望处理；步骤S5：对均值期望处理后的AF
average
(τ,f
d
)作特征分解，通过空间谱估计实现目标距离估计。2.根据权利要求1所述的一种频控阵雷达目标参数的模糊函数空间谱估计方法，其特征在于：所述步骤S1包括：S101.设频控阵阵列结构中，第m个阵元发射信号频率为f
m
＝f0+(m
‑
1)
·
Δf,m＝1,2,...,M；考虑M个频控阵发射阵列和N个相控阵接收阵列，则频控阵雷达接收的回波信号表征为式中，和
⊙
分别为向量的外积和内积符合，并有分别为向量的外积和内积符合，并有分别为向量的外积和内积符合，并有式中，T为转置符号；将y(t)分为K组，第k组为其中，N
k
为噪声成分，并有S＝[s1(t),s2(t),....,s
P
(t)]
S102.根据Y
k
的公式，应用ESPRIT算法估计得到角度3.根据权利要求2所述的一种频控阵雷达目标参数的模糊函数空间谱估计方法，其特征在于：所述步骤S2包括：将估计得到角度带入y(t)的计算公式中，将y(t)重新分组表征为：其中，其中，4.根据权利要求3所述的一种频控阵雷达目标参数的模糊函数空间谱估计方法，其特征在于：所述步骤S3包括：对于N个接收阵列天线，每个天线都将会收到X
k
，将第n...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文钦，王成，郑植，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：