CN114895303B - 一种分布式雷达的高精度合成测角方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式雷达的高精度合成测角方法，包括雷达站分别对接收回波信号进行单脉冲测角和脉压峰值相位提取操作；计算各站相对参考雷达站的相位差，得到真实波程差的余数估计；计算各站与参考站之间的波程差，计算真实波程差关于波长的模糊数；结合真实波程差的余数和真实波程差的模糊数得到去模糊的波程差估计值；根据目标峰值信噪比和单站测角波束宽度，确定搜索范围，根据各站位置和当前波束指向角，确定方位俯仰搜索间隔，结合去模糊的波程差估计值，通过角度方位俯仰角搜索，计算分布式阵列合成的精测角结果。本发明利用各雷达站的目标测角数据在存在方位俯仰耦合的情况下解除二维耦合栅瓣，实现多站相参合成的无模糊测角。
Description
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种分布式雷达的高精度合成测角方法。
背景技术
分布式子阵天线雷达，即分布式阵列雷达是为了适应现代化战争的需求，提髙雷达性能和生存能力而出现的一种新体制雷达。分布式阵列雷达顾名思义就是将雷达天线阵列拆分成多个小孔径子阵列并将其分散布置，从而扩大雷达天线阵列的物理孔径，即利用分布式阵列布阵，可在不增加阵元数目的条件下，増加雷达天线阵列的物理化程，进而达到提高雷达性能的目的；每个基站对截获到的观测回波信号只进行必要的预处理工作，再把接收数据传输至中央处理器以完成对目标位置的确定。
与常规阵列雷达相比，分布式阵列具有明显的优势，具体表现为：(1)提高雷达***的目标定位精度。分布式阵列雷达与常规阵列雷达在阵元数相等的情况下相比，具有更大的天线阵列物理孔径，因此具备更高的测角精度；(2)提高雷达***的机动性。由于分布式阵列雷达的天线阵列是由多个小孔径的天线子阵列组成，可将其布置在多个移动平台提高机动性，从而使分布式阵列雷达拥有更强的战场生存能力；(3)降低雷达***的成本并且降低天线阵列的工程实现复杂度。在天线阵列物理孔径相同的条件下，分布式阵列雷达的阵元数通常远小于常规阵列雷达，相应的其软硬件成本巧工程实现的复杂度也小得多；(4)提高雷达***的可靠性及稳定性。当分布式雷达的部分阵元功能失效或出现故障时，分布式阵列雷达仍可正常运行，从而大大提高了雷达***的可靠性及稳定性。
由于分散布置的子阵间的距离远大于半波长，依据空域奈奎斯特采样定理，分布式阵列合成方向图的主瓣两侧存在幅度接近主瓣的栅瓣，由栅瓣引起的测角模糊将影响分布式阵列的角度估计性能。这是当下影响分布式阵列雷达应用的一个重要问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种分布式雷达的高精度合成测角方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种分布式雷达的高精度合成测角方法，所述高精度合成测角方法包括：
步骤1、M个分布式雷达站分别对所接收的回波信号进行脉冲压缩、目标检测、单脉冲测角和脉压峰值相位提取操作，回波信号经脉压峰值相位提取操作后对应得到接收的峰值信号sm，其中，m＝0,1,...,M-1；
步骤2、根据第m个雷达站的峰值信号sm对应的相位ψm计算第m个雷达站相对于参考雷达站的相位差Δψm，以根据所述相位差Δψm计算得到波程差
步骤3、根据第m个雷达站的位置坐标、俯仰角平均值和方位角平均值/>得到第m个雷达站的波程/>以根据所述第m个雷达站的波程/>得到相对于所述参考雷达站的波程差/>所述俯仰角平均值/>为M个雷达站的测量俯仰角的平均值，所述方位角平均值/>为M个雷达站的测量方位角的平均值；
步骤4、根据所述波程差得到模糊数/>
步骤5、根据所述波程差和所述模糊数/>得到去模糊的波程差/>
步骤6、根据俯仰角θ和方位角得到俯仰角均方误差/>和方位角均方误差/>以根据所述俯仰角均方误差/>和方位角均方误差/>对应得到测量俯仰角均方误差/>和测量方位角均方误差/>
步骤7、以方位搜索间隔和俯仰搜索间隔/>分别对搜索范围/>和/>进行离散化，以在所述搜索范围内得到方位角/>和俯仰角/>为方位角间隔，为俯仰角间隔。
在本发明的一个实施例中，所述峰值信号sm为：
其中，γ表示回波信号的强度，λ表示波长，wm表示第m个雷达站的接收机噪声，第m个雷达站在东北天坐标系下的坐标为(xm,ym,zm)；
所述峰值信号sm的相位ψm为：
其中，mod表示取余数运算，εm表示wm引入信号的相位噪声。
在本发明的一个实施例中，所述相位差Δψm为：
Δψm＝ψm-ψ0
其中，ψ0表示m＝0时的参考雷达站的相位；
所述波程差为：
其中，ε0表示w0引入信号的相位噪声，
在本发明的一个实施例中，所述波程为：
其中，第m个雷达站在东北天坐标系下的坐标为(xm,ym,zm)；
所述波程差为为：
其中，表示所述参考雷达站的波程，第m＝0个雷达站在东北天坐标系下的坐标为(x0,y0,z0)。
在本发明的一个实施例中，所述模糊数为：
其中，λ表示波长，表示向下取整函数。
在本发明的一个实施例中，当时，所述去模糊的波程差/>为：
当时，所述去模糊的波程差/>为：
其中，mod表示取余数运算，λ表示波长。
在本发明的一个实施例中，所述俯仰角均方误差和所述方位角均方误差/>分别为：
其中，θ3dB表示单站阵面波束指向法线时的半功率波束宽度，SNR表示单站接收信号信噪比。
在本发明的一个实施例中，所述步骤7包括：
步骤7.1、获取向量对应的在xoy面上的等模长垂向量/>
步骤7.2、获取第m个雷达站的坐标在所述向量上的投影/>
步骤7.3、根据第m个雷达站对应的投影和第n个雷达站对应的投影得到方位等效孔径/>
步骤7.4、根据所述方位等效孔径得到方位波束宽度/>
步骤7.5、根据所述方位波束宽度得到方位合成理论测角误差/>以根据所述方位合成理论测角误差/>得到方位搜索间隔/>
步骤7.6、获取第m个雷达站的坐标在向量上的投影/>
步骤7.7、根据第m个雷达站对应的投影和第n个雷达站对应的投影/>得到俯仰等效孔径/>
步骤7.8、根据所述俯仰等效孔径得到俯仰波束宽度/>
步骤7.9、根据所述俯仰波束宽度得到俯仰合成理论测角误差/>以根据所述俯仰合成理论测角误差/>得到俯仰搜索间隔/>
步骤7.10、根据所述方位波束宽度和所述俯仰波束宽度/>建立查找表，以根据测量方位角/>和测量俯仰角/>在查找表查找得到方位波束宽度/>和俯仰波束宽度/>
步骤7.11、根据所述方位波束宽度和所述俯仰波束宽度/>对应得到方位角间隔/>和俯仰角间隔/>
步骤7.12、以方位搜索间隔和俯仰搜索间隔/>分别对搜索范围/>和/>进行离散化，以在所述搜索范围内得到方位角/>和俯仰角/>
在本发明的一个实施例中，所述投影为：
其中，第m个雷达站的坐标在所述向量上投影的坐标为(xm,ym)；
所述方位等效孔径为：
所述方位波束宽度为：
其中，λ表示波长，(°)表示单位度；
所述方位合成理论测角误差为：
其中，SNR表示单站接收信号信噪比；
所述投影为：
其中，表示/>在平面Ω上的一条垂直向量，
所述俯仰等效孔径为：
所述俯仰波束宽度为：
所述俯仰合成理论测角误差为：
所述方位波束宽度为：
所述俯仰波束宽度为：
在本发明的一个实施例中，所述方位角和所述俯仰角/>
其中，表示搜索角度为方位角/>和俯仰角/>时对应的波程差值，/>表示去模糊的波程差。
本发明的有益效果：
本发明在存在方位俯仰耦合的情况下，利用各雷达阵地的平均测角结果实现方位俯仰角的同时解模糊，估计目标在分布式孔径增益下高精度合成测角结果。
本发明提供了一种分布式阵列雷达的相参合成测角方法，可利用各雷达站的目标测角数据在存在方位俯仰耦合的情况下解除二维耦合栅瓣，并实现多站相参合成的无模糊测角。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种分布式雷达的高精度合成测角方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种分布式雷达的高精度合成测角方法的实现流程图；
图3a是本发明实施例提供的一种以三个雷达站构造的东北天坐标系示意图；
图3b是本发明实施例提供的一种三站仿真实例的布阵方式示意图；
图4a是本发明实施例提供的一种分布式阵列合成测角中的方位俯仰耦合示意图；
图4b是本发明实施例提供的一种分布式合成波瓣的波程差域的均以波长取出单瓣示意图；
图5a是本发明实施例提供的方法计算分布式雷达阵列在某方位俯仰角情况下的方位波束宽度结果示意图；
图5b是本发明实施例提供的方法计算分布式雷达阵列在某方位俯仰角情况下的俯仰波束宽度结果示意图；
图6是本发明实施例提供的方法生成得到的方位俯仰角搜索结果示意图；
图7a、图7b、图7c、图7d分别是本发明实施例提供的方法在目标方位俯仰角为(0,0)、(30,30)、(30,60)、(60,30)测得方位俯仰角结果随SNR的变化以及与单站测角结果和非相参合成测角结果的对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种分布式雷达的高精度合成测角方法的流程示意图，图2是本发明实施例提供的一种分布式雷达的高精度合成测角方法的实现流程图。本发明实施例提供一种分布式雷达的高精度合成测角方法，该高精度合成测角方法包括：
步骤1、M个分布式雷达站分别对所接收的回波信号进行脉冲压缩、目标检测、单脉冲测角和脉压峰值相位提取操作，回波信号经脉压峰值相位提取操作后对应得到接收的峰值信号sm，其中，m＝0,1,...,M-1。
具体地，每个雷达站对所接收的信号首先进行脉冲压缩，之后利用恒虚警检测方法进行目标检测，设M个雷达站各自单脉冲测角测得的目标的测量方位角分别为测量俯仰角结果分别为/>M个雷达站检测到目标的峰值相位分别为/>将以上单站(即单个雷达站)测得的参数均传输至信息融合中心进行分布式合成测角。设第m个雷达站在东北天坐标系下的坐标为(xm,ym,zm)，m＝0,1,...,M-1；来波方向的方位角为/>俯仰角为θ，/>和θ均为理论角度；则该方向的方向向量为/>M个雷达站与原点形成的向量在该方向向量上的投影为：
设接收目标回波信号的强度为γ，那么M个雷达站的接收峰值信号s0,s1,...,sm,...,sM-1可分别写为：
其中，w0,w1,...,w1,...,wM-1分别为M个站的接收机噪声，λ表示波长。可以看出，目标的方位角、俯仰角信息仅包含在回波信号的相位中，设峰值信号sm相位为ψm，则在某个信噪比SNR下，ψ0,ψ1,...,ψm,...,ψM-1均为随机变量，且可写为：
其中，mod表示取余数运算，εm表示wm引入信号的相位噪声。
步骤2、根据第m个雷达站的峰值信号sm对应的相位ψm计算第m个雷达站相对于参考雷达站的相位差Δψm，以根据相位差Δψm计算得到波程差
具体地，根据各雷达站峰值相位ψ0,ψ1,...,ψm,...,ψM-1，计算各雷达站(除m＝0参考雷达站)相对于参考雷达站的相位差，计算真实波程差的余数估计
在本实施例中，标相位与波程之间的关系可用下式表示：
则由相位差Δψm＝ψm-ψ0(m≠0)提取的波程差可由下式计算：
其中，ε0表示w0引入信号的相位噪声，
显然，是叠加噪声的真实波程差对波长λ取余后的结果，只利用/>无法得到/>的估计值。
步骤3、根据第m个雷达站的位置坐标、俯仰角平均值和方位角平均值/>得到第m个雷达站的波程/>以根据第m个雷达站的波程/>得到相对于参考雷达站的波程差/>俯仰角平均值/>为M个雷达站的测量俯仰角的平均值，方位角平均值/>为M个雷达站的测量方位角的平均值。
具体地，根据分布式雷达站的布阵位置，以及各雷达站分别测得的测量方位角结果的平均值和测量俯仰角结果的平均值/>计算各雷达站(除参考雷达站)与参考雷达站之间的波程差/>进而计算真实波程差关于波长λ的模糊数/>
在本实施例中，计算的平均值/>以及/>的平均值/>则/>和/>分别为分布式雷达阵列的非相参粗测角结果。根据/> 以及各雷达站坐标(xm,ym,zm)，得到目标回波信号到达各个雷达站的波程/>
设利用计算得到的第m个雷达站相对于参考雷达站(即第0个雷达站)的波程差为/>则有：
其中，表示所述参考雷达站的波程，第m＝0个雷达站在东北天坐标系下的坐标为(x0,y0,z0)。
可认为是目标真实波程差/>的粗估计，是由/>确定的。
步骤4、根据波程差得到模糊数/>
具体地，考虑使用估算出波程差/>的模糊数，有：
其中，表示向下取整函数，使用/>是否可正确解模糊数，将取决于下式是否成立：/>
步骤5、根据波程差和模糊数/>得到去模糊的波程差/>
具体地，结合真实波程差的余数估计ΔL1',ΔL2',...,ΔLm',...,ΔLM-1'和真实波程差的模糊数估计得到去模糊的波程差估计/>
在不考虑噪声的情况下，有：
其中，整数是波程差的模糊数。显然，真实的模糊数是不知道的，意味着不能从相位中直接得到无模糊的波程差。因此，考虑使用/>估算出/>的模糊数/>考虑/>在接近于0或λ时的噪声可能带来的巨大影响，本实施例设计的利用真实波程差的余数估计ΔL1',ΔL2',...,ΔLm',...,ΔLM-1'和真实波程差的模糊数估计获取去模糊的波程差估计/>的方法如下：
当时，去模糊的波程差/>为：
当时，去模糊的波程差/>为：
步骤6、根据俯仰角θ和方位角得到俯仰角均方误差/>和方位角均方误差/>以根据俯仰角均方误差/>和方位角均方误差/>对应得到测量俯仰角均方误差/>和测量方位角均方误差/>
具体地，可认为是/>的精估计，显然/>已经脱离了相位这一概念，即不存在取余带来的模糊问题，继而本实施例可以使用/>来得到目标方位和俯仰角的精估计结果/>由于/>本身就是估计值，其带有的误差使得/>无法从中直接解出，本实施例使用搜索的方式来得到/>
本发明方法中的方位俯仰角的搜索范围根据粗测角在统计意义上的精度进行确定。若单站阵面波束指向法线时的半功率波束宽度为θ3dB，那么根据雷达参数估计理论，天线波束指向俯仰角θ、方位角时，单个雷达站测角的理论精度的表达式为：
其中，SNR表示单站接收信号信噪比，和/>分别是方位和俯仰角度测量值与真实值之间的均方根值。
M个雷达站的测角结果进行平均运算将使得角度估计误差减小为单站测角误差的即利用谱平均法(非相参合成方法)测角方法计算得到的方位和俯仰角的均方误差为：
因此将分别带入上述公式中，便可以得到俯仰角均方误差/>和方位角均方误差/>
在此基础上设置方位角和俯仰角的搜索范围分别为：
方位角的搜索范围：
俯仰角的搜索范围：
根据高斯分布的相关理论，目标有99.7％的概率落在该搜索范围之内。步骤7、以方位搜索间隔和俯仰搜索间隔/>分别对搜索范围和/>进行离散化，以在搜索范围内得到方位角/>和俯仰角/> 为方位角间隔，/>为俯仰角间隔。
在一个具体实施例中，步骤7具体可以包括步骤7.1-步骤7.12，其中：
步骤7.1、获取向量对应的在xoy面上的等模长垂向量/>
具体地，在方位角和俯仰角联合精确估计的情况下，方位角和俯仰角的理论测角精度分别与阵地在某个波达方向上的方位俯仰等效孔径有关。当来波方向的方位角为俯仰角为θ，该方向的方向向量为/>其投影在xoy面上的向量为/>该向量对应的在xoy面上的等模长垂向量为：
步骤7.2、获取第m个雷达站的坐标在向量上的投影/>
具体地，第m个雷达站的坐标在向量上的投影(不做规范化)为：
其中，第m个雷达站的坐标在向量上投影的坐标为(xm,ym)。/>
步骤7.3、根据第m个雷达站对应的投影和第n个雷达站对应的投影/>得到方位等效孔径/>
设是方位角为/>俯仰角为θ时的方位等效孔径，那么有：
步骤7.4、根据方位等效孔径得到方位波束宽度/>方位波束宽度为：
其中，λ表示波长，(°)表示单位度。
步骤7.5、根据方位波束宽度得到方位合成理论测角误差/>以根据方位合成理论测角误差/>得到方位搜索间隔/>
具体地，当信噪比为SNR，方位合成理论测角误差为：
那么，方位搜索间隔就是
步骤7.6、获取第m个雷达站的坐标在向量上的投影/>
具体地，考虑分布式阵地俯仰测角精度，设z轴和向量所确定的平面为Ω，可知就是Ω的一条法线，那么定义/>为/>在平面Ω上的一条垂直向量，设/>那么/>可由以下方程组解出：
xΩ 2+yΩ 2+zΩ 2＝1
xΩ>0,yΩ>0,zΩ>0
那么第m个雷达站的坐标在向量上的投影分别为：
其中，表示/>在平面Ω上的一条垂直向量。
步骤7.7、根据第m个雷达站对应的投影和第n个雷达站对应的投影/>得到俯仰等效孔径/>
设是方位角为/>俯仰角为θ时的俯仰等效孔径(仅与俯仰角有关)，那么有：/>
步骤7.8、根据俯仰等效孔径得到俯仰波束宽度/>俯仰波束宽度为：
步骤7.9、根据俯仰波束宽度得到俯仰合成理论测角误差/>以根据俯仰合成理论测角误差/>得到俯仰搜索间隔/>
当信噪比为SNR，俯仰合成理论测角误差为：
那么，俯仰搜索间隔
步骤7.10、根据方位波束宽度和俯仰波束宽度/>建立查找表，以根据测量方位角/>和测量俯仰角/>在查找表查找得到方位波束宽度/>和俯仰波束宽度/>
具体地，将所得到的所有方位波束宽度俯仰波束宽度/>以及对应的方位角为/>俯仰角为θ建立查找表，将测量方位角/>和测量俯仰角/>在查找表中查询，将查到与测量方位角/>和测量俯仰角/>对应的方位波束宽度/>俯仰波束宽度作为方位波束宽度/>和俯仰波束宽度/>
步骤7.11、根据方位波束宽度和俯仰波束宽度/>对应得到方位角间隔/>和俯仰角间隔/>
具体地，方位波束宽度和俯仰波束宽度/>分别结合峰值信噪比信息计算所方位俯仰搜索使用的方位俯仰测角间隔，方位角间隔为：
俯仰角间隔为：
步骤7.12、以方位搜索间隔和俯仰搜索间隔/>分别对搜索范围/>和/>进行离散化，以在搜索范围内得到方位角/>和俯仰角/>
具体地，以方位搜索间隔和俯仰搜索间隔/>分别对搜索范围/>和/>进行离散化，在此范围内的某个搜索值/>和/>将有对应的波程差值/>那么，采用本发明分布式阵列合成测角最终得到的精测角结果为：
其中，表示搜索角度为方位角/>和俯仰角/>时对应的波程差值，/>表示去模糊的波程差。
仿真实验
为了证明本发明的有效性，采用以下仿真对比试验进一步说明。
(1)仿真条件：
如图3b所示，分布式雷达阵列共包含三个雷达站，其坐标分别设置为站1(0,0,0)，站2(14m,39m,0)，站3(0,78m,0)，信号的波形参数设置如下：载频fc＝2GHz，脉冲带宽B＝5MHz，调制方式为线性调频，接收机噪声功率σw 2＝0dB，信噪比为15dB。图3a为本发明以三个雷达站构造的东北天坐标系示意图，来波向量向xy平面的投影向量与x轴的夹角定义为方位角，来波向量与xy平面的夹角θ定义为俯仰角。
(2)仿真内容及结果：
仿真1，仿真来波方向在方位俯仰均为40度左右时的分布式阵列的合成波束方向图，结果如图4a所示，由该图可以看出分布式阵列合成中存在的两个问题：1)存在大量栅瓣，由于布阵间隔远大于半波长，因此分布式阵列测角中存在大量栅瓣，并会带来测角模糊问题；2)方位俯仰耦合问题，由于分布式阵列的布阵方式往往不是完全呈圆形进行布阵，因此在实际中存在方位俯仰耦合问题，即波瓣在方位俯仰角平面是倾斜的，且倾斜程度随布阵方式和来波方向的不同而不同，这给分布式阵列的波瓣提取方位俯仰联合测向带来极大的困难。图4b反映分布式阵列的合成波束方向图在波程差域的情况，可以看出，波瓣在波程差之间不存在耦合，因此，可以在波程差域实现精确的波瓣提取；本发明方法实际是以粗测结果确定目标在哪个波瓣中，以变量代换(各站相位转化为各站相对参考站的波程差)消除波瓣的方位俯仰耦合(去倾斜)，进而实现精确提取目标所在波瓣，进而在该波瓣进行方位俯仰角的精估计。
仿真2，仿真本发明方法生成的方位波束宽度查找表，由图5a、图5b可以看出，分布式雷达阵列的方位俯仰孔径随着来波方向的不同而不同，在本发明方法中，由分布式雷达阵列中各个雷达站的位置，直接制作方位波束宽度查找表，根据非相参测角结果和/>以查表形式得到方位波束宽度可以避免实时处理中的方程运算，大幅减少计算量。
仿真3，仿真本发明方法生成得到的方位俯仰角搜索结果，结果如图6所示可以看出，在目标方位俯仰角位置处，方位俯仰搜索得到代价函数的最小值，得到目标的方位俯仰角估计结果。
仿真4，仿真本发明方法得到的分布式方位俯仰测角结果的对比图，结果如图7a、图7b、图7c、图7d所示(方位俯仰角分别设置为方位0度俯仰0度，方位30度俯仰30度，方位30度俯仰60度，和方位60度俯仰30度)，将本发明方法的测角精度对比单一雷达站(参考雷达站)通过单脉冲测角和非相参平均测角方法，可以看出，当采用本方法方法时，可以在各来波方向利用分布式雷达阵列提供的合成方位、俯仰孔径，实现方位俯仰耦合情况下的二维联合高精度估计。
本发明在存在方位俯仰耦合的情况下，利用各雷达阵地的平均测角结果实现方位俯仰角的同时解模糊，估计目标在分布式孔径增益下高精度合成测角结果。
本发明提供了一种分布式阵列雷达的相参合成测角方法，可利用各雷达站的目标测角数据在存在方位俯仰耦合的情况下解除二维耦合栅瓣，并实现多站相参合成的无模糊测角。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种分布式雷达的高精度合成测角方法，其特征在于，所述高精度合成测角方法包括：
步骤1、M个分布式雷达站分别对所接收的回波信号进行脉冲压缩、目标检测、单脉冲测角和脉压峰值相位提取操作，回波信号经脉压峰值相位提取操作后对应得到接收的峰值信号sm，其中，m＝0,1,...,M-1；
步骤2、根据第m个雷达站的峰值信号sm对应的相位ψm计算第m个雷达站相对于参考雷达站的相位差Δψm，以根据所述相位差Δψm计算得到波程差
步骤3、根据第m个雷达站的位置坐标、俯仰角平均值和方位角平均值/>得到第m个雷达站的波程/>以根据所述第m个雷达站的波程/>得到相对于所述参考雷达站的波程差/>所述俯仰角平均值/>为M个雷达站的测量俯仰角的平均值，所述方位角平均值/>为M个雷达站的测量方位角的平均值；
步骤4、根据所述波程差得到模糊数/>
步骤5、根据所述波程差和所述模糊数/>得到去模糊的波程差/>
步骤6、根据俯仰角θ和方位角得到俯仰角均方误差/>和方位角均方误差以根据所述俯仰角均方误差/>和方位角均方误差/>对应得到测量俯仰角均方误差/>和测量方位角均方误差/>
步骤7、以方位搜索间隔和俯仰搜索间隔/>分别对搜索范围/>和/>进行离散化，以在所述搜索范围内得到方位角/>和俯仰角/>为方位角间隔，/>为俯仰角间隔。
2.根据权利要求1所述的分布式雷达的高精度合成测角方法，其特征在于，所述峰值信号sm为：
其中，γ表示回波信号的强度，λ表示波长，wm表示第m个雷达站的接收机噪声，第m个雷达站在东北天坐标系下的坐标为(xm,ym,zm)；
所述峰值信号sm的相位ψm为：
其中，mod表示取余数运算，εm表示wm引入信号的相位噪声。
3.根据权利要求2所述的分布式雷达的高精度合成测角方法，其特征在于，所述相位差Δψm为：
Δψm＝ψm-ψ0
其中，ψ0表示m＝0时的参考雷达站的相位；
所述波程差为：
其中，ε0表示w0引入信号的相位噪声，
4.根据权利要求1所述的分布式雷达的高精度合成测角方法，其特征在于，所述波程为：
其中，第m个雷达站在东北天坐标系下的坐标为(xm,ym,zm)；
所述波程差为为：
其中，表示所述参考雷达站的波程，第m＝0个雷达站在东北天坐标系下的坐标为(x0,y0,z0)。
5.根据权利要求1所述的分布式雷达的高精度合成测角方法，其特征在于，所述模糊数为：
其中，λ表示波长，表示向下取整函数。
6.根据权利要求1所述的分布式雷达的高精度合成测角方法，其特征在于，当时，所述去模糊的波程差/>为：
当时，所述去模糊的波程差/>为：
其中，mod表示取余数运算，λ表示波长。
7.根据权利要求1所述的分布式雷达的高精度合成测角方法，其特征在于，所述俯仰角均方误差和所述方位角均方误差/>分别为：
其中，θ3dB表示单站阵面波束指向法线时的半功率波束宽度，SNR表示单站接收信号信噪比。
8.根据权利要求1所述的分布式雷达的高精度合成测角方法，其特征在于，所述步骤7包括：
步骤7.1、获取向量对应的在xoy面上的等模长垂向量
步骤7.2、获取第m个雷达站的坐标在所述向量上的投影/>
步骤7.3、根据第m个雷达站对应的投影和第n个雷达站对应的投影/>得到方位等效孔径/>
步骤7.4、根据所述方位等效孔径得到方位波束宽度/>
步骤7.5、根据所述方位波束宽度得到方位合成理论测角误差/>以根据所述方位合成理论测角误差/>得到方位搜索间隔/>
步骤7.6、获取第m个雷达站的坐标在向量上的投影/>
步骤7.7、根据第m个雷达站对应的投影和第n个雷达站对应的投影/>得到俯仰等效孔径/>
步骤7.8、根据所述俯仰等效孔径得到俯仰波束宽度/>
步骤7.9、根据所述俯仰波束宽度得到俯仰合成理论测角误差/>以根据所述俯仰合成理论测角误差/>得到俯仰搜索间隔/>
步骤7.10、根据所述方位波束宽度和所述俯仰波束宽度/>建立查找表，以根据测量方位角/>和测量俯仰角/>在查找表查找得到方位波束宽度/>和俯仰波束宽度/>
步骤7.11、根据所述方位波束宽度和所述俯仰波束宽度/>对应得到方位角间隔/>和俯仰角间隔/>
步骤7.12、以方位搜索间隔和俯仰搜索间隔/>分别对搜索范围/>和/>进行离散化，以在所述搜索范围内得到方位角/>和俯仰角/>
9.根据权利要求8所述的分布式雷达的高精度合成测角方法，其特征在于，所述投影为：
其中，第m个雷达站的坐标在所述向量上投影的坐标为(xm,ym)；
所述方位等效孔径为：
所述方位波束宽度为：
其中，λ表示波长，(°)表示单位度；
所述方位合成理论测角误差为：
其中，SNR表示单站接收信号信噪比；
所述投影为：
其中，表示/>在平面Ω上的一条垂直向量，/>
所述俯仰等效孔径为：
所述俯仰波束宽度为：
所述俯仰合成理论测角误差为：
所述方位波束宽度为：
所述俯仰波束宽度为：
10.根据权利要求1所述的分布式雷达的高精度合成测角方法，其特征在于，所述方位角和所述俯仰角/>
其中，表示搜索角度为方位角/>和俯仰角/>时对应的波程差值，/>表示去模糊的波程差。
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| CN103364762A (zh) * | 2013-07-13 | 2013-10-23 | 西安电子科技大学 | 任意阵列流形的单基地mimo雷达波达方向估计方法 |
| RU2709623C1 (ru) * | 2019-04-30 | 2019-12-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Когнитив Роботикс" | Способ получения трёхмерного изображения в радаре бокового обзора с синтезированием апертуры антенны |
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2022
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