一种确定雷达目标角度的方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种确定雷达目标角度的方法及装置，涉及雷达技术领域，该方法包括：根据接收的快拍数据，确定MIMO雷达的复数域接收数据协方差矩阵；根据协方差矩阵，确定协方差矩阵的实数矩阵以及特征值，得到信号空间维数加倍的实数域噪声子空间；根据实数域噪声子空间和发射阵列导向矢量，建立第一矩阵并确定最小特征值；对第一矩阵的最小特征值进行一维搜索，确定MIMO雷达的发射角估计值；对MIMO雷达的发射角估计值进行函数剔除，确定MIMO雷达的目标的真实发射角估计值以及目标的真实发射角估计值的特征矢量；根据接收阵列导向矢量估计值，采用相位比较法获取目标的真实发射角估计值对应的目标的真实接收角估计值。
【专利说明】
一种确定雷达目标角度的方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及雷达技术领域，更具体的涉及一种确定雷达目标角度的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 受MIM0(英文为:Multipie-Input Multiple-Output，中文简称：多输入多输出系 统)通信技术的推动，MIM0雷达成为学术界研究热点。其中，MIM0雷达利用多个发射天线通 顺发射多个不相关或者正交的信号，使发射能量覆盖整个空域，并利用多个接收天线接收 回波信号。由于MM0雷达发射波形不一致，使得MIM0雷达在波束形成、波束检测和参数估计 等方面的应用得到广泛关注。
[0003] 目前，国内外学者对于双基地MM0雷达发射角（英文简称:D0D)和接收角（英文简 称:D0A)的联合测量问题，做了大量工作，比如:Chen等人基于双基地M頂0雷达，研究利用均 匀线阵发射和接收阵列的空域旋转不变性，应用了旋转不变估计技术(ESPRIT)算法来对目 标的D0D和D0A进行联合估计;Zhang等人利用Kronecker积的特性，推导出了一维搜索Capon 算法和多重信号分类(MUSIC)算法来联合估计D0D和D0A以降低两维搜索算法的计算量;Xie 等人对降维MUSIC的内在特点进行了分析，提出利用瑞利熵的特点来达到降维的目的，亦能 够实现D0D和D0A联合估计的自动配对;Bencheikh等人利用多项式来估计目标的D0D和D0A， 进一步降低了计算量;Tang等人研究了最大似然方法在双基地MIM0雷达中的应用，以提高 D0D和D0A联合估计的精度与稳健性;Xia利用联合对角化来扩展阵列以提高阵列的自由 度，使其能够估计多于阵元数的目标个数；由于上述所有的研究均建立在复数域操作基础 上，而Zheng等人将常规阵列的实值处理引入到双基地MMO雷达的D0D和D0A估计中，在低快 拍条件下提高角度的估计精度，且能够实现自动配对;Wen等人利用实值操作来提高多重叠 发射子阵MM0雷达D0D和D0A的估计精度并降低估计计算量。基于上述研究，可以确定实值 处理对于M頂0雷达的角度估计有着独特的优势，但是实值处理必须依赖于阵列的共辄对称 性，对于均匀线阵组成的发射阵列与接收阵列是可行的，但对于任意阵列则无法实现实值 处理。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例提供一种确定雷达目标角度的方法及装置，可以实现任意阵列实值 处理。
[0005] 本发明实施例提供一种确定雷达目标角度的方法及装置，包括：
[0006] 根据接收的快拍数据，确定MBTO雷达的复数域接收数据协方差矩阵；
[0007] 根据所述协方差矩阵，确定所述协方差矩阵的实数矩阵以及所述实数矩阵的特征 值，得到信号空间维数加倍的实数域噪声子空间；
[0008] 根据所述实数域噪声子空间和发射阵列导向矢量，建立第一矩阵并确定所述第一 矩阵的最小特征值；
[0009] 对所述第一矩阵的最小特征值进行一维搜索，确定所述MIM0雷达的发射角估计 值；
[0010] 对所述MM0雷达的发射角估计值进行函数剔除，确定所述mMO雷达的目标的真实 发射角估计值以及所述MMO雷达的目标的真实发射角估计值的特征矢量，其中，所述特征 矢量为接收阵列导向矢量估计值；
[0011] 根据所述接收阵列导向矢量估计值，采用相位比较法获取所述目标的真实发射角 估计值对应的目标的真实接收角估计值。
[0012] 优选地，所述采用相位比较法获取所述目标的真实发射角估计值对应的目标的真 实接收角估计值，包括：
[0013]若第N个和第N+1个阵元间隔小于半波长，则所述目标的真实发射角估计值对应的 目标的真实接收角估计值，通过下列公式确定：
[0015] 其中，么为目标的角度估计值，式(么)表示七认）的第n个元素的角度值，即 式试)=Z"r(4)，匕表示阵元间隔，A表示波长；
[0016] 或者，若每个阵元之间的间隔大于半波长，则所述目标的真实发射角估计值对应 的目标的真实接收角估计值，通过拟合解模糊以及下列公式确定：
[0018]其中，表示第k个目标第n个元素的估计值。
[0019]优选地，所述拟合解模糊方法包括：
[0020]若每个阵元之间的间隔大于半波长时，第K个目标第N个接收角估计值的方向余弦 通过下列公式确定：
[0022]第K个目标第N个接收角估计值通过下列公式确定：
[0024] 其中，<,和<；分别表示第k个目标第n个元素的方向余弦，K表示目标个数。
[0025] 优选地，所述发射阵列导向矢量通过下列公式确定：
[0026] at(9) = [1，exp(_jicdt,isin9)，L，exp(_jicdt,M-isin9) ]T
[0027]其中，at(0)表示发射导向矢量，exp表示指数操作，k表示波数，Sin0表示发射角方 向余弦
[0028] 通过下列公式建立第一矩阵：
[0030]其中，N表示接收阵元个数，ar((i))表示接收阵列的导向矢量，Q(0)表示发射矩阵 操作中间值；
[0031]通过下列公式确定所述第一矩阵的最小特征值：
[0033] 其中，Amin(0)表示Q(0)的最小特征值。
[0034] 优选地，通过下列公式对所述第一矩阵的最小特征值进行一维搜索：
[0036] 其中j表示发射角的估计值。
[0037] 本发明实施例还提供一种确定雷达目标角度的装置，包括：
[0038] 第一确定单元，用于根据接收的快拍数据，确定MIM0雷达的复数域接收数据协方 差矩阵；
[0039] 第二确定单元，用于根据所述协方差矩阵，确定所述协方差矩阵的实数矩阵以及 所述实数矩阵的特征值，得到信号空间维数加倍的实数域噪声子空间；
[0040] 第三确定单元，用于根据所述实数域噪声子空间和发射阵列导向矢量，建立第一 矩阵并确定所述第一矩阵的最小特征值；
[0041] 第四确定单元，用于对所述第一矩阵的最小特征值进行一维搜索，确定所述MIM0 雷达的发射角估计值；
[0042]第五确定单元，用于对所述MIM0雷达的发射角估计值进行函数剔除，确定所述 M頂0雷达的目标的真实发射角估计值以及所述MIM0雷达的目标的真实发射角估计值的特 征矢量，其中，所述特征矢量为接收阵列导向矢量估计值；
[0043] 获取单元，用于根据所述接收阵列导向矢量估计值，采用相位比较法获取所述目 标的真实发射角估计值对应的目标的真实接收角估计值。
[0044] 优选地，所述获取单元具体用于：
[0045] 若第N个和第N+1个阵元间隔小于半波长，则所述目标的真实发射角估计值对应的 目标的真实接收角估计值，通过下列公式确定：
[0047] 其中，<4为目标的角度估计值，怂(4)表示七(么）的第n个元素的角度值，即 /?"(么)=>表示阵元间隔，A表示波长；
[0048] 或者，若每个阵元之间的间隔大于半波长，则所述目标的真实发射角估计值对应 的目标的真实接收角估计值，通过拟合解模糊以及下列公式确定：
[0050]其中，表示第k个目标第n个元素的估计值。
[0051 ]优选地，所述拟合解模糊方法包括：
[0052]若每个阵元之间的间隔大于半波长时，第K个目标第N个接收角估计值的方向余弦 通过下列公式确定：
[0054]第K个目标第N个接收角估计值通过下列公式确定：
[0056]其中，（和<；分别表示第k个目标第n个元素的方向余弦，K表示目标个数。
[0057]优选地，所述发射阵列导向矢量通过下列公式确定：
[0058] at(9) = [1，exp(_jicdt,isin9)，L，exp(_jicdt,M-isin9) ]T
[0059] 其中，at(9)表示发射导向矢量，exp表示指数操作，k表示波数，sin0表示发射角方 向余弦；
[0060] 通过下列公式建立第一矩阵：
[0062] 其中，N表示接收阵元个数，ar((i))表示接收阵列的导向矢量，Q(0)表示发射矩阵 操作中间值；
[0063] 通过下列公式确定所述第一矩阵的最小特征值：
[0065] 其中，Amin(0)表示Q(0)的最小特征值。
[0066]优选地，通过下列公式对所述第一矩阵的最小特征值进行一维搜索：
[0068] 其中j表示发射角的估计值。
[0069] 本发明实施例中，提供一种确定雷达目标角度的方法及装置，包括:根据接收的快 拍数据，确定MM0雷达的复数域接收数据协方差矩阵;根据所述协方差矩阵，确定所述协方 差矩阵的实数矩阵以及所述实数矩阵的特征值，得到信号空间维数加倍的实数域噪声子空 间；根据所述实数域噪声子空间和发射阵列导向矢量，建立第一矩阵并确定所述第一矩阵 的最小特征值;对所述第一矩阵的最小特征值进行一维搜索，确定所述MIM0雷达的发射角 估计值;对所述M頂0雷达的发射角估计值进行函数剔除，确定所述MM0雷达的目标的真实 发射角估计值以及所述MM0雷达的目标的真实发射角估计值的特征矢量，其中，所述特征 矢量为接收阵列导向矢量估计值;根据所述接收阵列导向矢量估计值，采用相位比较法获 取所述目标的真实发射角估计值对应的目标的真实接收角估计值。上述方法中，将常规任 意阵列的实值MUSIC算法推广至双基地MM0雷达，实现了任意阵列双基地MM0雷达发射角 和接收角联合估计的实值处理来降低计算量。且本发明实施例所提供的MUSIC方法估计性 能与复数MUSIC相当，计算量约降50%，同时能够实现发射角和接收角联合估计的自动配 对。
【附图说明】
[0070] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述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 发明的一些实施例，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他的附图。
[0071] 图1为本发明实施例提供的一种确定雷达目标角度的方法流程示意图；
[0072] 图2为本发明实施例提供的任意阵列结构双基地MBTO雷达示意图；
[0073]图3为本发明实施例一提供的一维半实数域MUSIC算法的D0D估计谱示意图；
[0074] 图4为本发明实施例一提供的目标值功率谱值和目标镜像功率谱值示意图；
[0075] 图5为本发明实施例一提供的发射角和接收角配对示意图；
[0076] 图6为本发明实施例二提供的目标发射角和接收角估计均方根误差随信噪比变化 曲线；
[0077] 图7为本发明实施例提供的一种确定雷达目标角度的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0078] 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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
[0079] 图1为本发明实施例提供的一种确定雷达目标角度的方法流程示意图，该方法可 以应用于雷达目标定位中。
[0080] 如图1所示，本发明实施例所提供的一种确定雷达目标角度的方法包括下列步骤： [0081 ]步骤101，根据接收的快拍数据，确定MBTO雷达的复数域接收数据协方差矩阵；
[0082] 步骤102,根据所述协方差矩阵，确定所述协方差矩阵的实数矩阵以及所述实数矩 阵的特征值，得到信号空间维数加倍的实数域噪声子空间；
[0083] 步骤103,根据所述实数域噪声子空间和发射阵列导向矢量，建立第一矩阵并确定 所述第一矩阵的最小特征值；
[0084]步骤104,对所述第一矩阵的最小特征值进行一维搜索，确定所述mMO雷达的发射 角估计值；
[0085] 步骤105,对所述MM0雷达的发射角估计值进行函数剔除，得到所述MM0雷达的目 标的真实发射角估计值以及所述MMO雷达的目标的真实发射角估计值的特征矢量，其中， 所述特征矢量为接收阵列导向矢量估计值；
[0086] 步骤106,根据所述接收阵列导向矢量估计值，采用相位比较法获取所述目标的真 实发射角估计值对应的目标的真实接收角估计值。
[0087] 在实际应用中，图2示例性示出了任意阵列双基地mMO雷达示意图，如图2所示，双 基地MIM0雷达是包括M个阵元组成的发射线阵，N个阵元组成的接收线阵，其中发射阵元和 接收阵元任意排布，为了清楚介绍任意阵列双基地MM0雷达，假设发射阵元左边第一个阵 元和接收阵列左边第一个阵元为均为参考点，可以确定，发射阵元的位置依次为:D t=[0， dt, 1，L，dt, M-1 ]，对应地，接收阵元位置依次为:Dr = [ 0，dr, i，L，dr, N-i ]。
[0088] 在确定了发射阵元的位置和接收阵元的位置以后，可以根据公式（1)确定发射阵 列的导向矢量：
[0089] at(9) = [l，exp(-jicdt,isin9)，L，exp(-jK：dt,M-isin9)]T (1)
[0090] 公式（1)中，0表示发射角，
[0091] 进一步地，可以根据公式(2)确定接收阵列的导向矢量：
[0092] ar(巾）= [l，exp(->dr,isin<i) )，L，exp(->dr,N-isin<i) )]T (2)
[0093] 公式(2)中，<i>表示接收角，<i> G[-ji/2，V2]，u = sin<i)为接收角的方向余弦。
[0094] 在实际应用中，由于发射信号采用M个同频但时域正交的窄带波形信号，考虑有K 个独立目标存在于同一个距离单元，且发射阵列和接收阵列的孔径远小于目标距离，即满 足远场条件。当接收信号经过N个匹配滤波器组（每组滤波器含M个匹配滤波器，总共则有 M ? N个匹配滤波器与发射阵列和接收阵列相对应），滤波之后对通过公式(3)对目标的接收 信号进行数据重排：
[0095] y(t) =A(0, <}) )s(t)+n(t) (3)
[0096]公式(3)中，A(0，(i))为MM0雷达的导向阵列，可以用公式(4)表示；s(t)为信号矢 量，且可以用公式(5)表示;n(t)表示协方差矩阵为均值为0的复高斯白噪声，且1顯为 MNXMN维单位阵。
[0097] 进一步地，通过公式(4)可以确定MIM0雷达的导向阵列：
[0098] A(0，(i>) = [a(01，（i)1)，a(02，(i)2)，L，a(0 K，(i)K)] (4)
[0099] 公式(4)中，a(0k，(H)为发射阵列的导向矢量和接收阵列的导向矢量
[0100] Kronecker积，可以用公式（5)表示a(9k，<H)。
[0102]公式(5)中，at(0k)为发射阵列的导向矢量，ar((H)为接收阵列的导向矢量。
[0103] 进一步地，s(t)可以通过公式(6)表示，
[0104] s(t) = [si(t)，S2(t)L sk(t)]T (6)
[0105] 公式(6)中，M) = A 为反射回波复幅度，fk为多普勒频率，上标T表示转 置。
[0106] 在本发明实施例所提供的确定雷达目标角度的方法，主要任务是需要从公式(3) 中获取任意阵列双基地MM0雷达的目标发射角和目标接收角。
[0107] 下面对本发明实施例所提供的确定雷达目标角度的方法做具体的介绍：
[0108] 在步骤101中，根据接收的快拍数据，确定MIM0雷达的复数域接收数据协方差矩 阵。
[0109] 在步骤102中，根据所述协方差矩阵，确定所述协方差矩阵的实数矩阵以及所述实 数矩阵的特征值，得到信号空间维数加倍的实数域噪声子空间。
[0110] 具体地，采用最大似然估计方法，得到匹配滤波后MN维虚拟阵列的接收信号协方 差矩阵，其中，匹配滤波后MN维虚拟阵列的接收信号协方差矩阵可以用公式(7)表示：
[0112]在公式(7)中，L表示快拍数，上标H表示共辄转置操作。
[0113]进一步地，对公式(7)按照下列公式(8)进行特征值分解：
[0115] 在公式(8)中，Es为MNXK维信号子空间，En为MNX(MN-K)维噪声子空间，其中，公式 (8)对应最大K个特征值的特征矢量。
[0116]进一步地，两维复数域MUSIC搜索算法可以通过下列公式(9)表示：
[0118]需要说明的是，通过公式(9)提供的搜索谱值，其对应的最大K个峰值，即为目标的 发射角估计值和目标的接收角估计值，但其涉及到两维搜索，计算量非常巨大，因此，在本 发明实施例中，为了减少计算量，可以采用Kronecker积的特性对公式(9)进行降维处理。 [0 119]具体地，首先利用Kronecker积的性质将公式(9)内的a(0，巾）用公式（10)表示：
[0121]进一步地，将公式(10)代入公式(9)内，公式(9)变形为：
[0123]公式（11)可以通过公式（12)提供的的一维搜索得到发射角估计值，其中，公式 (12)可以表示为：
[0126]已经确认了发射角估计值，即可以通过下列公式（13)，确定接收阵列的导向矢量 估计值：
[0128] 进一步地，可以对公式(13)应用最小二乘法方法，从而确定接收角估计值。
[0129] 在本发明实施例中，将常规任意阵列实值MUSIC算法推广至任意阵列双基地MM0 雷达的目标角度算法中，以达到减少常规复数域MUSIC的发射角估计值算法和接收角估计 值算法的计算量，同时，在确定发射角估计值和接收角估计值算法中，还保持了发射角与接 收角自动配对的优点。
[0130]为了清楚说明任意阵列双基地MM0雷达的共辄导向矩阵与目标镜像的导向矩阵 具有对等性，假设噪声子空间及噪声子空间共辄的交集空间可以采用公式(14)表示：
[0132] 在公式(14)中，上标(*)表示共辄，En为噪声子空间。
[0133] 进一步地，任意阵列双基地MBTO雷达的共辄导向矢量可重构，且用公式（15)表示：
[0135] 在公式（15)中，可以将K个目标组成矩阵形式，从而得到相等的共辄导向矩阵与目 标镜像的导向矩阵，即#(0，巾）=A(-0，-<i) )〇
[0136] 本领域技术人员可以确定，噪声子空间En垂直于导向矩阵A(0，(i))，结合公式（14) 可知交集空间n垂直于导向矩阵A(0，巾）及其目标镜像导向矩阵A(-0，-(i))，即
[0137] 基于上述论述，可得确定，常规实值MUSIC-维搜索域减半，对应于两维实值域 MUSIC算法，则搜索域减为
，即两维搜索表达式可以用下列公式(16)表示：
[0139]公式（16)中，a(9,巾）表不发射和接收联合导向矢量。n表不噪声子空间及噪声子 空间共辄的交集空间，Prv-muSIC(0，巾）表示空间谱。
[0140]由于交集空间n与实数空间{Re(R)-〇2I}张成相同空间，并可推导得到交集空间 n，可由实值协方差矩阵Re(R)特征分解得到的MNX (MN-2K)维的实数噪声子空间构成，即 协方差矩阵Re(R)所对应目标数量加倍的噪声子空间。进一步地，根据式（16)可知，由于搜 索区域减少了 3/4,且特征分解采用实数操作，该算法计算量大大减少。
[0141]在本发明实施例中，由于上述流程中协方差矩阵和式（16)搜索采用复数域处理， 特征分解采用实值处理且搜索区域减少，故本发明实施例所提供的一种确定雷达目标角度 的方法也称之为:半实值处理。
[0142] 进一步地，由于两维搜索的实值域MUSIC算法所带来的大计算量仍然难以接受。在 本发明实施例中，采用降维方法来对式（16)所提供的两维搜索表达式进行降维处理，从而 减少计算量。
[0143] 在步骤103中，根据实数域噪声子空间和发射阵列导向矢量，建立第一矩阵并确定 所述第一矩阵的最小特征值。
[0144] 具体地，定义公式(16)中的搜索方程中分母为?，且可以用公式(17)表示：
[0145] 0 =a(0, <i> )HnnHa(0, <i> ) (17)
[0146] 利用Kronecker积的性质对公式（17)进行转化，转化公式（17)可以用下列公式 (18)表示：
[0148] 在公式（18)中，In表示单位阵。at(0)表示发射阵列导向矢量，ar((i))表示接收阵列 导向矢量。Q( 0)表不发射矩阵操作中间值。
[0149] 在公式(18)中，ar(巾）Har(巾）=N，则公式(18)可以进一步的转化为公式(19):
[°151 ] 利用Rayleigh-Ritz理论可以确定公式（19)的最小值，其中，公式（19)的最小值可 以用公式(20)表示：
[0153 ] 在公式(20)中，Amin( 0)表示Q( 0)的最小特征值。
[0154] 在公式(20)中，Amin( 0)为Q( 0)的最小特征值。
[0155] 在步骤104中，对第一矩阵的最小特征值进行一维搜索，确定MM0雷达的发射角估 计值。
[0156] 进一步地，目标的发射角计值可以通过如下的一维搜索得到：
[0158] 公式(21)中，因为采用实值噪声子空间，可以确定公式(21)中的目标的发射角估 计值中既包含目标的真实发射角估计值亦包含目标的镜像发射角估计值，即g，L，么^。
[0159] 在步骤105中，对mMO雷达的发射角估计值进行函数剔除，确定MM0雷达的目标 的真实发射角估计值以及MM0雷达的目标的真实发射角估计值的特征矢量，其中，所述征 矢量为接收阵列导向矢量估计值。
[0160] 下面阐述如何利用降维Capon方法来剔除目标的发射角估计值中的目标的镜像发 射角估计值：
[0161 ] 首先给出双基地MIM0雷达的常规两维Capon估计谱：
[0163]在公式(22)中，R表示阵列数据的协方差矩阵。以0，巾）表示功率谱。
[0164 ]进一步地，利用Krone cker积的性质将公式(2 2)改写成：
[0166] 公式(23)中，U(0)表示发射数据中间操作矩阵。
[0167] 进一步地，利用拉格朗日乘子法，通过提取iKer1的第一行第一列元素的最大值可 得到发射角的估计值：
[0169] 在公式(24)中，1](0)4[1，1]表示发射数据中间操作矩阵的第一行、第一列元素。
[0170] 此时，将式(24)估计得到的2K个估计值g，L，九^ ,将2K个估计值@山，作为搜 索点代入式(24)中，根据真实目标对应的功率谱值大于镜像的功率谱值来剔除一维实值 MUSIC的目标的发射角估计值中的目标的镜像发射角估计值，得到真实目标的发射角估计 值，可以用下列公式(25)表示：
[0172] 在公式(25)中j，L 表示目标真值和镜像值集合。
[0173] 取出真实目标的发射角估计值在式(20)中对应的特征矢量：
[0175] 在公式(26)中，emin[G(么)]表示g(么)最小特征值对应的特征矢量。
[0176] 在步骤106中，根据接收阵列导向矢量估计值，采用相位比较法获取目标的真实发 射角估计值对应的目标的真实接收角估计值。
[0177] 在实际应用中，若有第n和第n+1个阵元间隔小于半波长，即当
时，则接收角估计值可以用下列公式(27)表示：
[0179] 公式(23)中，爲(么)表示a,(么)的第n个元素的角度值，即(么)=#(么），Fn表示阵元 间隔，X表不波长。
[0180] 当每个阵元之间间隔均大于半波长时，则接收角估计值可以通过下列公式(28)至 公式(31)确定：
[0182] 在公式(28)中，un, k表示第k个目标第n个元素的方向余弦。
[0183] 公式(28)的周期模糊项可以用下列公式(29)表示：
[0185] 其中，公式(29)内「_1_」分别表示向上和向下取整，表示解模糊之后的估计值。
[0186] 进一步地，可用之间拟合的最小范数取出真值的闭式解：
[0188] 在公式(30)中，（i°，j°)表示正确目标的矩阵对。
[0189] 通过上述公式推导，则第k个目标第n个接收角估计值可以通过下列公式（31)确 定：
[0191] 在公式(31)中，<4和《么分别表示第k个目标第n个元素的方向余弦，K表示目标个 数。
[0192] 在实际应用中，为提高估计精度，对N-1个估计值可以进行平滑处理，从而可以用 公式(32)表示第k个目标接收角估计值：
[0194] 在本发明实施例中，需要说明的是，公式(32)得到的目标接收角估计值与式(25) 的目标发射角估计值是配对的，无需任何额外的配对处理。
[0195] 为了清楚介绍本发明实施例提供的确定雷达目标角度的方法，下列介绍俩个实施 例。
[0196] 实施例一半实数域MUSIC算法的正确性验证
[0197] 考虑一个任意结构阵列双基地MIM0雷达的发射阵元数M = 4,接收阵元数N = 4,发 射阵元与接收阵元位置可以用下列公式(33)表示：
[0199] K = 3个独立目标存在于同一距离单元，目标发射角为：0 = [_20°，10°，30° ]，目标 接收角为：巾=[-30°，5°，20°]，快拍数L=100,信噪比SNR = 20dB。
[0200] 图3为本发明实施例一提供的一维半实数域MUSIC算法的D0D估计谱，根据图3所 示，可以确定该谱存在目标真实估计值与其镜像估计值，验证了本文理论分析的正确性。
[0201] 图4为本发明实施例一提供的目标值功率谱值和目标镜像功率谱值示意图，如图4 所示，图4中的目标值功率谱值和目标镜像功率谱值为将该2K个目标真值与镜像代入Capon 代价函数计算得到的，从图4中可看出真值功率远大于镜像功率，故可剔除，即可以确定本 发明实施例提供的确定雷达目标角度的方法的理论分析一致。最后得到100次蒙特卡罗试 验的发射角和接收角估计值，图5为本发明实施例一提供的发射角和接收角配对示意图， 如图5所示，从图5中可看确定，本发明实施例提供的确定雷达目标角度的方法能够正确估 计出目标发送角和接收角且配对正确，验证了本文算法的正确性。
[0202] 实施例二估计性能与信噪比关系比较
[0203] 考虑一个任意结构阵列双基地MIM0雷达的发射阵元数M = 5,接收阵元数N = 6,发 射阵兀与接收阵兀位置为
。目标发射角，接收角和快拍 数与仿真1相同，完成1000次蒙特卡洛实验，并定义RMSE为
，其中 6 = 为目标D0D和D0A估计值，a={0，(}> }为目标发射角和接收角真实值。考察本文一维 半实数域MUSIC算法与一维复数域MUSIC算法以及CRB的性能比较。图6为本发明实施例二提 供的目标发射角和接收角估计均方根误差随信噪比变化曲线。根据图6可以确定，一维半实 数域MUSIC估计性能接近一维复数域MUSIC性能，但本文算法的计算量仅约为一维复数域 MUSIC的一半，且两种算法的估计性能均接近于RCRB(CRB的求根形式）。
[0204] 基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种确定雷达目标角度的装置，由于该 装置解决技术问题的原理与一种确定雷达目标角度的方法相似，因此该装置的实施可以参 见方法的实施，重复之处不再赘述。
[0205] 图7为本发明实施例提供的一种确定雷达目标角度的装置结构示意图，如图7所 述，本发明实施例提供的一种确定雷达目标角度的装置包括:第一确定单元701，第二确定 单元702,第三确定单元703,第四确定单元704,第五确定单元705和获取单元706。
[0206] 第一确定单元701，用于根据接收的快拍数据，确定MM0雷达的复数域接收数据协 方差矩阵；
[0207] 第二确定单元702,用于根据所述协方差矩阵，确定所述协方差矩阵的实数矩阵以 及所述实数矩阵的特征值，得到信号空间维数加倍的实数域噪声子空间；
[0208]第三确定单元703,用于根据所述实数域噪声子空间和发射阵列导向矢量，建立第 一矩阵并确定所述第一矩阵的最小特征值；
[0209]第四确定单元704,用于对所述第一矩阵的最小特征值进行一维搜索，确定所述 M頂0雷达的发射角估计值；
[0210]第五确定单元705,用于对所述MIM0雷达的发射角估计值进行函数剔除，确定所述 M頂0雷达的目标的真实发射角估计值以及所述MIM0雷达的目标的真实发射角估计值的特 征矢量，其中，所述特征矢量为接收阵列导向矢量估计值；
[0211] 获取单元706,用于根据所述接收阵列导向矢量估计值，采用相位比较法获取所述 目标的真实发射角估计值对应的目标的真实接收角估计值。
[0212] 优选地，所述获取单元706具体用于：
[0213]若第N个和第N+1个阵元间隔小于半波长，则所述目标的真实发射角估计值对应的 目标的真实接收角估计值，通过下列公式确定：
[0215] 其中，么为目标的角度估计值，凡喊)表示七(么）的第n个元素的角度值，即 怂(么)=(么）>表示阵元间隔，A表示波长；
[0216] 或者，若每个阵元之间的间隔大于半波长，则所述目标的真实发射角估计值对应 的目标的真实接收角估计值，通过拟合解模糊以及下列公式确定：
[0218] 其中，表示第k个目标第n个元素的估计值。
[0219] 优选地，所述拟合解模糊方法包括：
[0220] 若每个阵元之间的间隔大于半波长时，第K个目标第N个接收角估计值的方向余弦 通过下列公式确定：
[0222]第K个目标第N个接收角估计值通过下列公式确定：
[0224] 其中，<4和<4分别表示第k个目标第n个元素的方向余弦，K表示目标个数。
[0225] 优选地，所述发射阵列导向矢量通过下列公式确定：
[0226] at(9) = [1，exp(_jicdt,isin9)，L，exp(_jicdt,M-isin9) ]T
[0227] 其中，at(0)表示发射导向矢量，exp表示指数操作，k表示波数，Sin0表示发射角方 向余弦；
[0228] 通过下列公式建立第一矩阵：
[0230] 其中，N表示接收阵元个数，ar((i))表示接收阵列的导向矢量，Q(0)表示发射矩阵 操作中间值；
[0231] 通过下列公式确定所述第一矩阵的最小特征值：
[0233] 其中，Amin(0)表示Q(0)的最小特征值。
[0234] 优选地，通过下列公式对所述第一矩阵的最小特征值进行一维搜索：
[0236] 其中j表示发射角的估计值。
[0237] 应当理解，以上一种确定雷达目标角度的装置包括的单元仅为根据该设备装置实 现的功能进行的逻辑划分，实际应用中，可以进行上述单元的叠加或拆分。并且该实施例 提供的一种确定雷达目标角度的装置所实现的功能与上述实施例提供的确定一种确定雷 达目标角度的方法一一对应，对于该装置所实现的更为详细的处理流程，在上述方法实施 例一中已做详细描述，此处不再详细描述。
[0238] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序 产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实 施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机 可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产 品的形式。
[0239] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程 图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流 程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序 指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产 生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实 现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0240] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特 定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指 令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或 多个方框中指定的功能。
[0241] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计 算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或 其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一 个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0242]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创 造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括 优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0243]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种确定雷达目标角度的方法，其特征在于，包括： 根据接收的快拍数据，确定多输入多输出MMO雷达的复数域接收数据协方差矩阵； 根据所述协方差矩阵，确定所述协方差矩阵的实数矩阵以及所述实数矩阵的特征值， 得到信号空间维数加倍的实数域噪声子空间； 根据所述实数域噪声子空间和发射阵列导向矢量，建立第一矩阵并确定所述第一矩阵 的最小特征值； 对所述第一矩阵的最小特征值进行一维搜索，确定所述MMO雷达的发射角估计值； 对所述M頂0雷达的发射角估计值进行函数剔除，确定所述MMO雷达的目标的真实发射 角估计值以及所述MMO雷达的目标的真实发射角估计值的特征矢量，其中，所述特征矢量 为接收阵列导向矢量估计值； 根据所述接收阵列导向矢量估计值，采用相位比较法获取所述目标的真实发射角估计 值对应的目标的真实接收角估计值。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用相位比较法获取所述目标的真实发 射角估计值对应的目标的真实接收角估计值，包括： 若第N个和第N+1个阵元间隔小于半波长，则所述目标的真实发射角估计值对应的目标 的真实接收角估计值，通过下列公式确定：其中4为目标的角度估计值，似4)表示~(4)的第n个元素的角度值，即A(么)=4(么）， Fn表示阵元间隔，A表示波长； 或者，若每个阵元之间的间隔大于半波长，则所述目标的真实发射角估计值对应的目 标的真实接收角估计值，通过拟合解模糊以及下列公式确定：其中，表示第k个目标第n个元素的估计值。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述拟合解模糊方法包括： 若每个阵元之间的间隔大于半波长时，第K个目标第N个接收角估计值的方向余弦通过 下列公式确定：第K个目标第N个接收角估计值通过下列公式确定：其中分别表示第k个目标第n个元素的方向余弦，K表示目标个数。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射阵列导向矢量通过下列公式确定： at(9) = [1，exp(_jicdt,isin9)，L，exp(_jicdt,M-isin9)]T 其中，at (0)表示发射导向矢量，exp表示指数操作，k表示波数，s in0表示发射角方向余 弦 通过下列公式建立第一矩阵：其中，N表示接收阵元个数，ar(巾）表示接收阵列的导向矢量，Q(0)表示发射矩阵操作中 间值； 通过下列公式确定所述第一矩阵的最小特征值：其中，Amin( 0)表示Q (0)的最小特征值。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下列公式对所述第一矩阵的最小特征值 进行一维搜索：其中j表示发射角的估计值。6. -种确定雷达目标角度的装置，其特征在于，包括： 第一确定单元，用于根据接收的快拍数据，确定多输入多输出MIMO雷达的复数域接收 数据协方差矩阵； 第二确定单元，用于根据所述协方差矩阵，确定所述协方差矩阵的实数矩阵以及所述 实数矩阵的特征值，得到信号空间维数加倍的实数域噪声子空间； 第三确定单元，用于根据所述实数域噪声子空间和发射阵列导向矢量，建立第一矩阵 并确定所述第一矩阵的最小特征值； 第四确定单元，用于对所述第一矩阵的最小特征值进行一维搜索，确定所述MIMO雷达 的发射角估计值； 第五确定单元，用于对所述MIMO雷达的发射角估计值进行函数剔除，确定所述MIMO雷 达的目标的真实发射角估计值以及所述M頂0雷达的目标的真实发射角估计值的特征矢量， 其中，所述特征矢量为接收阵列导向矢量估计值； 获取单元，用于根据所述接收阵列导向矢量估计值，采用相位比较法获取所述目标的 真实发射角估计值对应的目标的真实接收角估计值。7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元具体用于： 若第N个和第N+1个阵元间隔小于半波长，则所述目标的真实发射角估计值对应的目标 的真实接收角估计值，通过下列公式确定：其中4为目标的角度估计值，凡(么)表示的第n个元素的角度值，即戽(么)=4(么）， Fn表示阵元间隔，A表示波长； 或者，若每个阵元之间的间隔大于半波长，则所述目标的真实发射角估计值对应的目 标的真实接收角估计值，通过拟合解模糊以及下列公式确定：其中，么,,表示第k个目标第n个元素的估计值。8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述拟合解模糊方法包括： 若每个阵元之间的间隔大于半波长时，第K个目标第N个接收角估计值的方向余弦通过 下列公式确定：第K个目标第N个接收角估计值通过下列公式确定：其中，<4和《么分别表示第k个目标第n个元素的方向余弦，K表示目标个数。9. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述发射阵列导向矢量通过下列公式确定： at(9) = [1，exp(_jicdt,isin9)，L，exp(_jicdt,M-isin9)]T 其中，at (0)表示发射导向矢量，exp表示指数操作，k表示波数，s in0表示发射角方向余 弦； 通过下列公式建立第一矩阵：其中，N表示接收阵元个数，ar(巾）表示接收阵列的导向矢量，Q(0)表示发射矩阵操作中 间值； 通过下列公式确定所述第一矩阵的最小特征值：其中，Amin( 0)表示Q (0)的最小特征值。10. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，通过下列公式对所述第一矩阵的最小特征 值进行一维搜索：其中j表示发射角的估计值。
【文档编号】G01S13/00GK106054121SQ201610288980
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月24日
【发明人】郑桂妹, 肖宇, 张秦, 陶建锋, 宫健, 郭艺夺
【申请人】中国人民解放军空军工程大学