一种分布孔径雷达栅瓣效应补偿方法及系统

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种分布孔径雷达栅瓣效应补偿方法及系统。

背景技术

分布孔径雷达(Distributed Aperture Radar，DAR)是指一种能够对相邻阵元间距较大的单元雷达信号进行相参处理从而提升目标回波的信噪比的新体制雷达系统，相比传统雷达具有探测威力大、角分辨率高、扩展性好和机动性强等优势，以多机相控阵雷达相参协同探测情况为例，对于远场条件下目标后向散射特性随观测角度变化较小，而雷达阵列的基线即相邻阵元间距远大于半波长的情况，雷达阵列天线方向图呈现出严重的栅瓣效应，导致主瓣功率占比下降、角度模糊以及在单元雷达可视区域内出现探测盲区等问题。

目前，对于解决大间距雷达阵列的栅瓣效应问题的方法主要包括：优化布阵技术、变频抑制技术和虚拟阵元技术，优化布阵技术通过优化算法设计非周期或稀疏的阵列构型来抑制栅瓣，但难以适用于高动态平台和单元孔径数量较少的情况；变频抑制技术通过不同频段的天线方向图对位相乘来抑制栅瓣，但对信号带宽、阵元位置等参数的限制较高，适用性较窄，受误差影响较大；虚拟阵元技术通过内插等方法构造分布孔径间的虚拟阵元使得稀疏阵列变为满阵来抑制栅瓣，但难以适用于孔径数量较少和阵元间距较大的情况，此外，在长基线情况下栅瓣数量多，主瓣宽度窄，现有方法仅通过抑制栅瓣而获得窄主瓣，大幅降低了能量利用率和空间搜索探测的效率。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种分布孔径雷达栅瓣效应补偿方法及系统，通过获取分布孔径雷达天线方向图，获取分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置，根据所述分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置以及波束扫描补偿准则获取补偿脉冲的波束扫描角度，根据所述补偿脉冲的波束扫描角度获取观测范围多脉冲的累积功率，本发明能够适用于高动态平台、长基线、孔径数量少和阵元间距较大的情况有效提高了能量利用率和空间搜索探测的效率，并且有效覆盖了单个雷达可视范围内的探测盲区。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种分布孔径雷达栅瓣效应补偿方法，调整波束指向角发射多个脉冲，利用波束扫描补偿所述分布孔径雷达的天线方向图中栅瓣间的缝隙，具体步骤为：

步骤1，获取分布孔径雷达天线方向图；

步骤2，根据所述分布孔径雷达天线方向图，获取分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置；

步骤3，根据所述分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置以及波束扫描补偿准则获取补偿脉冲的波束扫描角度；

步骤4，根据所述补偿脉冲的波束扫描角度获取观测范围多脉冲的累积功率。

优选地，所述步骤1，获取分布孔径雷达天线方向图，具体包括：

步骤101，读取所述分布孔径雷达的系统参数，假设阵列以x方向为法线方向，沿y方向分布，子阵均匀分布，所述子阵内的阵元均匀分布，所述分布孔径雷达的工作频率为f

步骤102，计算单个子阵阵列的天线方向图，计算波束指向角θ

步骤103，计算子阵单元的天线方向图，将单个所述子阵看作一个阵元，计算所述子阵单元在所述波束指向角θ

步骤104，根据天线方向图乘积原理，计算所述分布孔径雷达天线方向图，所述分布孔径雷达天线方向图为所述子阵阵列的天线方向图与所述子阵单元的天线方向图的乘积

F(θ)＝F

优选地，所述步骤2，根据所述分布孔径雷达天线方向图，获取分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置，具体包括：

根据幅值不同所述主瓣附近的栅瓣分为主栅瓣和次栅瓣，首先计算所述主瓣一侧相邻的所述主栅瓣位置为

在所述主瓣和所述主瓣一侧相邻的所述主栅瓣之间的角度范围(θ

其次计算所述主瓣和相邻所述主栅瓣间的所述次栅瓣的位置，第k个所述次栅瓣的位置为

优选地，所述步骤3，根据所述分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置以及波束扫描补偿准则获取补偿脉冲的波束扫描角度，具体包括：

所述补偿脉冲的微调波束扫描角度根据零点波束扫描补偿准则或半功率点波束扫描补偿准则进行计算；

若采用所述零点波束扫描补偿准则，所述补偿脉冲的波束扫描角度即为所述主瓣与一侧相邻所述主栅瓣之间的各零点的位置θ

若采用所述半功率点波束扫描补偿准则，计算所述主瓣的零点波束宽度Θ

计算所述主瓣和所述主瓣一侧的相邻所述主栅瓣间的角度间隔ΔΘ

ΔΘ

计算半功率点波束宽度Θ

所述主瓣的右侧功率下降3dB的角度位置θ

估算以波束主瓣半功率点位置发射补偿脉冲所需要的脉冲数N

式中[·]表示取整，计算半功率点波束扫描补偿脉冲的波束指向角θ

θ

优选地，所述步骤4，根据所述补偿脉冲的波束扫描角度获取观测范围多脉冲的累积功率,具体包括：

根据所述补偿脉冲的波束扫描角度发射所述补偿脉冲,保持其他分布孔径雷达参数不变，若采用所述零点波束扫描补偿准则，则依次改变所述补偿脉冲的波束扫描角度θ

若采用所述半功率点波束扫描补偿准则，则依次改变所述补偿脉冲的波束扫描角度θ

一种分布孔径雷达栅瓣效应补偿系统，应用于所述分布孔径雷达栅瓣效应补偿方法，包括：

方向图获取模块，用于获取分布孔径雷达天线方向图；

位置获取模块，用于根据所述分布孔径雷达天线方向图，获取分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置；

角度获取模块，用于根据所述分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置以及波束扫描补偿准则获取补偿脉冲的波束扫描角度；

功率获取模块，用于根据所述补偿脉冲的波束扫描角度获取观测范围多脉冲的累积功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种分布孔径雷达栅瓣效应补偿方法及系统，调整波束指向角发射多个脉冲，利用波束扫描补偿所述分布孔径雷达的天线方向图中栅瓣间的缝隙，具体步骤为：步骤1，获取分布孔径雷达天线方向图；步骤2，根据所述分布孔径雷达天线方向图，获取分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置；步骤3，根据所述分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置以及波束扫描补偿准则获取补偿脉冲的波束扫描角度；步骤4，根据所述补偿脉冲的波束扫描角度获取观测范围多脉冲的累积功率，本发明能够适用于高动态平台、长基线、孔径数量少和阵元间距较大的情况，对信号带宽、阵元位置等参数的限制低，适用性宽，受误差影响较小，有效提高了能量利用率和空间搜索探测的效率，并且有效覆盖了单个雷达可视范围内的探测盲区。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的基于多脉冲积累的分布孔径雷达栅瓣效应补偿方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的分布孔径雷达阵列构型示意图；

图3(a)为本发明实施例提供的子孔径天线方向图；

图3(b)为本发明实施例提供的孔径中心位置等效方向图；

图3(c)为本发明实施例提供的分布孔径天线方向图；

图4(a)为本发明实施例提供的零点波束扫描补偿准则示意图；

图4(b)为本发明实施例提供的半功率点波束扫描补偿准则示意图；

图5(a)为本发明实施例提供的零点波束扫描补偿法示意图；

图5(b)为本发明实施例提供的零点波束扫描补偿法放大示意图；

图5(c)为本发明实施例提供的半功率点波束扫描补偿法示意图；

图5(d)为本发明实施例提供的半功率点波束扫描补偿法放大示意图；

图6为本发明实施例提供的分布孔径雷达栅瓣效应补偿系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，本发明公开了一种分布孔径雷达栅瓣效应补偿方法，微调波束指向角发射多个脉冲，利用波束扫描补偿分布孔径雷达天线方向图中栅瓣间的缝隙，具体步骤如下：

步骤1，获取分布孔径雷达天线方向图；

步骤2，根据所述分布孔径雷达天线方向图，获取分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置；

步骤3，根据所述分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置以及波束扫描补偿准则获取补偿脉冲的波束扫描角度；

步骤4，根据所述补偿脉冲的波束扫描角度获取观测范围多脉冲的累积功率。

进一步地，所述步骤1，获取分布孔径雷达天线方向图，具体包括：

建立分布孔径雷达系统构型，读取分布孔径雷达系统参数，首先计算单个子阵阵列天线方向图，然后计算子阵单元天线方向图，最后根据天线方向图乘积定理计算分布孔径雷达天线方向图。

步骤101，读取分布孔径雷达系统参数，如图2所示，为简化考虑一维分布孔径雷达天线构型。假设阵列以x方向为法线方向，沿y方向分布，子阵内阵元均匀分布，子阵均匀分布。读取分布孔径雷达系统参数，在本实施例中具体包括工作频率f

步骤102、如图3(a)所示，计算单个子阵阵列天线方向图，首先计算波束指向角θ

步骤103、如图3(b)所示，计算子阵单元天线方向图，将单个子阵看作一个阵元，计算子阵单元在波束指向角θ

步骤104、如图3(c)所示，根据天线方向图乘积原理，计算分布孔径雷达天线方向图为子阵阵列天线方向图与子阵单天线方向图的乘积

F(θ)＝F

进一步地，所述步骤2：根据所述分布孔径雷达天线方向图，获取分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置，具体包括：

根据幅值不同主瓣附近的栅瓣可分为主栅瓣和次栅瓣。首先计算主瓣一侧相邻的主栅瓣位置为

在主瓣和主瓣一侧相邻的主栅瓣之间的角度范围(θ

其次计算主瓣和相邻主栅瓣间的次栅瓣的位置，第k个次栅瓣的位置为

进一步地，所述步骤3：根据所述分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置以及波束扫描补偿准则获取补偿脉冲的波束扫描角度，具体包括：

如图4所示，补偿脉冲的微调波束扫描角度可以根据零点波束扫描准则或半功率点波束扫描准则进行计算。零点波束扫描补偿脉冲数较少，要求积累的时间较短但精度较低；半功率点波束扫描补偿脉冲数较多，要求积累的时间较长，但精度较高。

若采用零点波束扫描准则，补偿脉冲的波束扫描角度即为主瓣与一侧相邻主栅瓣之间的各零点的位置θ

若采用半功率点波束扫描准则，首先计算主瓣零点波束宽度Θ

然后计算主瓣和主瓣一侧的相邻主栅瓣间的角度间隔ΔΘ

ΔΘ

接着计算半功率点波束宽度Θ

可得主瓣一侧(右侧)功率下降3dB的角度位置θ

进一步估算以波束主瓣半功率点位置发射补偿脉冲所需要的脉冲数N

式中[·]表示取整。最终计算半功率点波束扫描补偿脉冲的波束指向角为

θ

θ

进一步地，所述步骤4：根据所述补偿脉冲的波束扫描角度获取观测范围多脉冲的累积功率,具体包括：

保持其他分布孔径雷达参数不变，依次改变补偿脉冲的波束扫描角度θ

如图5所示，根据补偿脉冲的波束扫描角度计算观测范围内多脉冲的累积功率。依次改变补偿脉冲的波束扫描角度，计算相应的分布孔径雷达天线方向图F

如图6所示，一种分布孔径雷达栅瓣效应补偿系统12，应用于所述基于多脉冲积累的分布孔径雷达栅瓣效应补偿方法，包括：

方向图获取模块1201，用于获取分布孔径雷达天线方向图；

位置获取模块1202，用于根据所述分布孔径雷达天线方向图，获取分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置；

角度获取模块1203，用于根据所述分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置以及波束扫描补偿准则获取补偿脉冲的波束扫描角度；

功率获取模块1204，用于根据所述补偿脉冲的波束扫描角度获取观测范围多脉冲的累积功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供了一种分布孔径雷达栅瓣效应补偿方法及系统，调整波束指向角发射多个脉冲，利用波束扫描补偿所述分布孔径雷达的天线方向图中栅瓣间的缝隙，具体步骤为：步骤1，获取分布孔径雷达天线方向图；步骤2，根据所述分布孔径雷达天线方向图，获取分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置；步骤3，根据所述分布孔径雷达天线方向图主瓣附近的栅瓣和零点位置以及波束扫描补偿准则获取补偿脉冲的波束扫描角度；步骤4，根据所述补偿脉冲的波束扫描角度获取观测范围多脉冲的累积功率，本发明能够适用于高动态平台、长基线、孔径数量少和阵元间距较大的情况，对信号带宽、阵元位置等参数的限制低，适用性宽，受误差影响较小，有效提高了能量利用率和空间搜索探测的效率，并且有效覆盖了单个雷达可视范围内的探测盲区。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。