一种基于一阶牛顿迭代的改进广义单脉冲测角方法

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于一阶牛顿迭代的改进广义单脉冲测角方法。

背景技术

多通道有源相控阵雷达采用ADBF(自适应数字波束形成)技术可以有效抑制旁瓣干扰，然而会使自适应波束受到扰动，此时若仍采用传统单脉冲技术会带来测角误差，广义单脉冲测角技术是解决ADBF后测角的有效途径。

当前常规广义单脉冲测角技术是Nickel提出了一种修正的广义单脉冲测角方法，适用于任意的和、差波束加权情况。然而该算法采用了部分近似处理，有一定的局限性：

1)算法推导中忽略了单脉冲比值的实部，因为理想情况下和差单脉冲比值实部为零。因此常规广义单脉冲测角算法仅适用于和差波束，无法直接推广至任意多波束。

2)该算法是基于空域导向矢量u，v域的一阶Taylor近似，测角精度很依赖鉴角曲线是否线性。研究表明，在u、v域，和差鉴角曲线在天线方向图主瓣范围内并不是严格线性的。在干扰环境下，通过ADBF自适应加权，和差鉴角曲线会变的更加不可预测。经分析，当目标不在自适应波束正中心时，该算法是有偏估计，存在一个固定偏差，如图1所示。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于一阶牛顿迭代的改进广义单脉冲测角方法，可以适用于任意多波束测角，通过牛顿迭代法求解，并且可以消除常规广义单脉冲测角算法的估计偏移量，少量次迭代即可收敛，可以大幅度提高多通道雷达ADBF后测角精度。

一种基于一阶牛顿迭代的改进广义单脉冲测角方法，包括如下步骤：

步骤1、采用ADBF技术计算得到多波束ADBF权值及回波，所述回波包括和波束及方位差波束、俯仰差波束；

步骤2、对和波束回波进行目标检测，得到目标所在位置，并根据目标位置提取所有波束目标回波；

步骤3、根据数字波束形成原理，建立基于和波束、方位差波束、俯仰差波束的多波束测角模型；

步骤4、采用一阶牛顿迭代法，迭代计算目标角度，直至迭代结果收敛，以此获取目标角度。

进一步地，步骤1中和波束回波为S

进一步地，步骤2中对和波束回波进行目标检测，得到目标所在位置n，并根据目标位置提取目标方位差波束、俯仰差波束回波；

和波束回波为y

方位差波束、俯仰差波束回波为y

进一步地，步骤3中建立的多波束测角模型为：

其中R

进一步地，步骤4中目标角度迭代方法为：

A.初始化：迭代次数k＝1时，根据波束指向(u

B.迭代计算：根据公式

进行迭代计算，直至迭代结果收敛；其中g

进一步地，迭代计算过程中根据迭代次数及u

其中u

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过建立多波束ADBF测角模型，理论推导出基于一阶Taylor近似的求解算法，最后通过牛顿迭代法求解，计算得到目标角度，实现ADBF广义单脉冲测角无偏估计。相对常规广义单脉冲技术，本发明没有严格和差波束限制，可以适用于任意多波束测角，通过牛顿迭代法求解，并且可以消除常规广义单脉冲测角算法的估计偏移量，2～3次迭代即可收敛，可以大幅度提高多通道雷达ADBF后测角精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为常规广义单脉冲测角估计偏移量示意图；

图2为实施例1或2中基于一阶牛顿迭代的改进广义单脉冲测角方法流程图；

图3为近主瓣干扰下本发明方法与常规广义单脉冲测角方法的估计偏移量对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

参见图2，一种基于一阶牛顿迭代的改进广义单脉冲测角方法，包括如下步骤：

步骤1、采用ADBF技术计算得到多波束ADBF权值及回波，所述回波包括和波束及方位差波束、俯仰差波束；

步骤2、对和波束回波进行目标检测，得到目标所在位置，并根据目标位置提取所有波束目标回波；

步骤3、根据数字波束形成原理，建立基于和波束、方位差波束、俯仰差波束的多波束测角模型；

步骤4、采用一阶牛顿迭代法，迭代计算目标角度，直至迭代结果收敛，以此获取目标角度。

在本实施例中，首先采用常规ADBF技术，计算多波束ADBF权值及回波；然后采用常规目标检测方法提取检测到的目标回波；最后建立多波束ADBF测角模型，采用一阶牛顿迭代法求解，计算得到目标角度，实现ADBF广义单脉冲测角无偏估计。而且，该方法没有严格和差波束限制，可以适用于任意多波束测角，并可以消除常规广义单脉冲测角算法的估计偏移量，少量次数迭代即可收敛，大幅度提高多通道雷达ADBF后测角精度；可适用于多通道雷达任意波束情况下的单脉冲测角，对提高多通道雷达ADBF后的测角精度具有重要意义。

实施例2

参见图2和图3，本实施例以一维直线有源相控阵雷达为例，对本发明基于一阶牛顿迭代法的改进广义单脉冲测角方法流程和效果进行详述，其实施流程图如图2所示；仿真参数如下：

雷达系统参数：一维直线有源相控阵雷达、阵元间距0.015m、阵元数N＝60、均匀划分为M＝6个子阵、雷达系统波束指向0°，一个脉冲周期有200个距离门；

干扰参数：近主瓣干扰、干扰方向1°、单阵元干噪比JNR＝40dB；

目标参数：单点信号，目标方向取值范围为-1°～0.8°，单阵元SNR＝10dB，在第30个距离门；

雷达回波为S，是6×200的矩阵；

最大迭代次数K＝3。

步骤1：采用ADBF技术计算得到多波束ADBF权值及回波

多波束ADBF权值包括：

a)和波束自适应权值为g

b)仅估计目标方位角，还需1个波束，为典型差波束，其ADBF权值为g

多波束回波包括：

a)和波束回波为S

b)其它波束回波为S

步骤2：目标检测并提取目标多波束回波

对和波束回波进行目标检测，得到目标所在位置n＝30。并根据目标位置提取目标多波束回波，包括：

a)和波束回波为y

b)其它波束回波为y

步骤3：建立多波束测角模型

根据数字波束形成原理，建立波束测角模型：

其中R

步骤4：目标角度迭代

A.初始化：迭代次数k＝1时，根据波束指向(u

B.迭代计算：根据公式

进行迭代计算，直至迭代结果收敛；其中g

进一步地，迭代计算过程中根据迭代次数及u

其中u

本实施例以目标方位角

具体步骤如下：

A、初始化目标角度

令迭代次数k＝1，此时根据波束指向u

u

B、牛顿迭代广义单脉冲测角

根据下述迭代公式计算第k+1次迭代的目标角度：

u

其中g

g

收敛判断并计算目标角度输出

根据迭代次数及u

a)如果没有收敛，迭代次数k加1，重复牛顿迭代广义单脉冲测角；

b)如果收敛，通过下式计算目标角度。

其中u

图3给出了本发明实施效果图，雷达系统波束指向为0°，近主瓣干扰角度为1°，在目标角度为-1°～0.8°情况下，与常规广义单脉冲测角方法相比，本发明方法迭代三次后的估计偏移量明显较少，大幅度提高了多通道雷达ADBF后测角精度。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。