正交波形下mimo雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方法

文档序号:10697246
正交波形下mimo雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方法
【专利摘要】本发明公开了一种正交波形下MIMO雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方法,其思路为:建立雷达在笛卡尔坐标系中的几何模型,并分别确定雷达接收阵元个数N、雷达接收波束个数L和雷达威力辐射空域范围Ω,将Ω对应的检测区域均匀划分成K个检测子区域,计算以第i个雷达接收波束中心指向为基准的第k个检测子区域的接收合成信号后进行常规检测处理,得到第i个雷达接收波束的目标检测结果集合Di,依次计算第m个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm中Mm个目标点迹各自的角度测量值、第m个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合和L个雷达接收波束含角度测量值的目标点迹集合序列D后进行点迹融合,得到一个相干处理时间内L个雷达接收波束含角度测量值的目标点迹集合最终序列
【专利说明】
正交波形下ΜΙΜΟ雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方法
技术领域
[0001] 本发明属于雷达技术领域,特别设及一种正交波形下ΜΙΜΟ雷达目标的多波束联合 测角和点迹融合方法,即正交波形下多输入多输出(Mult iple-I叩ut Multiple-Output, ΜΙΜΟ)雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方法,适用于正交波形下集中式ΜΙΜΟ雷达目 标的多波束联合测角和点迹融合。
【背景技术】
[0002] 雷达在当今和未来的电子战中的作用不可替代,但由于科学技术的高速发展,使 得现代雷达面临着电子干扰、超低空突防、福射导弹等威胁,因此必须改进旧的雷达或者发 展新的雷达体制,进而更好地完成目标探测、跟踪和识别的任务;相控阵雷达是近年来发展 较为成熟的一种先进雷达体制,具有扫描速度快、波束形状、波束指向变化快等特点。但相 控阵雷达也存在难W消除的缺点,如雷达目标截面积闪烁、容易被地方反福射导弹攻击、雷 达系统自由度较低等。
[0003] 进入21世纪W来,在ΜΙΜΟ无线通信理论取得巨大成功的推动下,一种新体制雷 达一一ΜΙΜΟ雷达正逐渐成为雷达界的研究热点;广义上讲,ΜΙΜΟ雷达定义通过发射多种信 号(时域分集、频域分集)探测某一信道(即目标),并采用相似的多种方式进行信号接收处 理的任意雷达系统,在此定义之下,相控阵雷达、多基地/组网雷达分别为ΜΙΜΟ雷达的特例; 集中式ΜΙΜΟ雷达是相控阵雷达的发展,并且集中式ΜΙΜΟ雷达能够全向发射信号,也能够同 时发射多波束,而非相控阵雷达采用聚焦波束福射能量。相比于传统雷达,集中式ΜΙΜΟ雷达 具有W下明显优势:1)工作模式更加灵活;集中式ΜΙΜΟ雷达通过合理控制每个通道的发射 波形,动态管理雷达电磁能量,综合各种期望发射方向图,从而使雷达工作模式更加灵活。 例如,执行目标捜索任务时采用全空域或宽波束福射能量W增大空域覆盖范围,进行目标 精确跟踪时则改用同时发射多波束指向不同目标W增强回波信号能量,提高雷达发射机能 量利用率;2)提高雷达的角度分辨力和参数估计精度;由于雷达发射波形的多样性,且相比 相控阵雷达,集中式ΜΙΜΟ雷达拥有更多的信号处理自由度,综合利用发射和接收阵列孔径 提高雷达的角度分辨力和参数估计精度,用W增大雷达可探测目标的数量;3)改善雷达对 多径杂波的抑制性能;实际雷达环境中,地面或海面雷达回波的多次散射将导致杂波信号 的多径传播,在极端情况下,杂波信号经多径反射后到达雷达接收阵列的方向可能与目标 的波达方向一致,此时雷达必须进行发射自适应波束形成才能有效抑制杂波;此外,传统相 控阵雷达发射端不具备自适应处理的能力,然而集中式ΜΙΜΟ雷达能够实现发射一接收联合 自适应波束形成,为抑制多径杂波提供了一条有效途径。
[0004] 集中式ΜΙΜΟ雷达发射全正交波形,形成全方位功率福射方向图,即雷达福射威力 范围内的各个方位福射能量近似相等,在正交波形下,集中式ΜΙΜΟ雷达通常采用泛探检测 方式,即宽发多收,实现全方位内的目标同时检测,用于实现快速目标捜索,增强雷达工作 的灵活性,提高目标检测的实时性;另外,正交波形下的雷达各个阵元发射相互正交波形, 并在目标位置进行线性加权组合进而形成后向散射回波,然后将该后向散射回波福射至雷 达各个接收阵元并分别进行脉冲压缩处理和其他常规目标检测处理。不同于机械扫描雷 达,集中式ΜΙΜΟ雷达随着天线旋转即可确定目标的位置和点迹方位,因而在全正交波形下, 需要通过角度测量确定各个目标点迹的具体位置。
[0005] 但由于正交波形下集中式ΜΙΜΟ雷达包含的阵元的发射波形各不相同,需要进行脉 冲综合,使得集中式ΜΙΜΟ雷达各个方位回波的脉压系数均不相同;并且在实际处理中,由于 目标方位未知,使得正交波形接收处理中存在脉冲综合损失,致使传统相控阵雷达上的单 脉冲测角技术将难W适用。另外,泛探处理模式下,不同波束有可能接收来自同一目标的反 射能量,尤其在接收副瓣较高且接收增益存在波动的情况下,该现象会频繁发生,直接造成 雷达目标检测时的虚警概率提高。

【发明内容】

[0006] 针对上述正交波形下集中式ΜΙΜΟ雷达目标检测存在的问题,本发明的目的在于提 出一种正交波形下ΜΙΜΟ雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方法,W提高雷达目标的角 度测量精度,降低雷达目标检测的虚警概率。
[0007] 为达到上述技术目的,本发明采用如下技术方案予W实现。
[0008] 一种正交波形下ΜΙΜΟ雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方法,包括W下步 骤:
[0009] 步骤1,建立雷达在笛卡尔坐标系中的几何模型,并分别确定笛卡尔坐标系中雷达 接收阵元个数Ν、雷达接收波束个数L和雷达威力福射空域范围Ω,W及将第η个雷达接收阵 元的发射信号记为Sn,然后依次计算得到第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系下的位置矢 量Ρη、第i个雷达接收波束的中屯、指向01、第i个雷达接收波束的3地空域范围Ωι和第i个雷 达接收波束的脉冲压缩处理系数ci;其中,ie{l,2,…,L},ne{l,2,…,N},N表示笛卡尔坐 标系中的雷达接收阵元个数,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数;
[0010] 步骤2,将雷达威力福射空域范围Ω对应的检测区域均匀划分成K个检测子区域, 计算得到第i个雷达接收波束的第k个检测子区域增益gi化),进而计算得到W第i个雷达接 收波束中屯、指向为基准的第k个检测子区域的接收合成信号*·/(/);其中,ke{l,2,一,K},K 表示雷达威力福射空域范围Ω对应的检测区域均匀划分后包含的检测子区域个数;
[0011] 步骤3,对W第i个雷达接收波束中屯、指向为基准的第k个检测子区域的接收合成 信号if拟进行检测处理,得到第i个雷达接收波束的目标检测结果集合化,所述目标检测结 果集合Di由Ml个目标点迹组成,每一个目标点迹包含目标距离、目标多普勒频率和目标强 度,Ml表示第i个雷达接收波束的目标检测结果集合化包含的目标点迹总数;
[001^ 步骤4,初始化:111居{1,2,一心^,111表示笛卡尔坐标系内心1个雷达接收波束中的 第m个雷达接收波束,且m初始值为1;
[001引步骤5,计算得到第m个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm中Mm个目标点迹各自 的角度测量值,然后提取目标检测结果集合Dm中Mm个目标点迹各自的角度测量值中存在角 度测量值的目标点迹,并按照第m个雷达接收波束的原始排列方式进行排列,得到第m个雷 达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合6,,;其中,me {1,2,…,L-1},Mm表示第m个雷达 接收波束的目标检测结果集合Dm包含的目标点迹总数,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收 波束个数;
[0014] 步骤6,令m加1,重复步骤5,直到得到第个雷达接收波束的含角度测量值的目 标点迹集合,,并根据第レl个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合A 获取 第L个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合0/ .进而得到L个雷达接收波束含角 度测量值的目标点迹集合序列D;
[0015] 步骤7,对L个雷达接收波束含角度测量值的目标点迹集合序列D进行点迹融合,得 到一个相干处理时间内L个雷达接收波束含角度测量值的目标点迹集合最终序列β。
[0016] 本发明的有益效果:
[0017] 第一,灵活性:本发明方法能够根据实际信号处理能力,灵活增加或减少接收波位 个数,并在满足相邻波位3地空域覆盖范围相邻接的情况下,减少所需接收波束个数,进而 降低硬件复杂度;
[0018] 第二,可靠性:本发明方法通过和差比和角度区间双重条件,保证了测角结果的准 确性,并使用了多波束联合点迹融合,降低了雷达的虚警概率;
[0019] 第Ξ,实时性强:本发明方法能够离线设计角度查找表,并根据确定的接收波位提 前进行脉冲综合增益损失补偿,还能够采用查表的方式实现角度测量,相比于其他计算实 现方式的实时性更强。
【附图说明】
[0020] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0021] 图1是本发明的一种正交波形下ΜΙΜΟ雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方法 流程图;
[0022] 图2是本发明使用的雷达在笛卡尔坐标系中的几何模型示意图;
[0023] 图3是本发明的角度测量流程图;
[0024] 图4是本发明点迹融合子流程图;
[0025] 图5是本发明仿真时使用的一维等距线性阵列模型示意图;
[0026] 图6是本发明仿真时设计的全正交基带信号时域波形示意图;
[0027] 图7是本发明仿真时设计的全正交波形合成的全空域功率福射方向图;
[0028] 图8是本发明仿真时设计的全正交波形的时域自相关特性示意图;
[0029] 图9是本发明仿真时设计的全正交波形的时域互相关特性示意图;
[0030] 图10是本发明仿真时设计的目标回波脉冲压缩结果示意图;
[0031] 图11是本发明仿真时某相干处理时间的多普勒处理结果示意图;
[0032] 图12是本发明仿真时利用本发明方法最终上报的点迹的距离-方位分布示意图。
【具体实施方式】
[0033] 参照图1,为本发明的一种正交波形下ΜΙΜΟ雷达目标的多波束联合测角和点迹融 合方法流程图;所述多波束联合目标角度测量和点迹融合方法,包括W下步骤:
[0034] 步骤1,建立雷达在笛卡尔坐标系中的几何模型,并分别确定笛卡尔坐标系中雷达 接收阵元个数Ν、雷达接收波束个数L和雷达威力福射空域范围Ω,W及将第η个雷达接收阵 元的发射信号记为Sn,然后依次计算得到第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系下的位置矢 量Ρη、第i个雷达接收波束的中屯、指向01、第i个雷达接收波束的3地空域范围Ωι和第i个雷 达接收波束的脉冲压缩处理系数ci;其中,ie{l,2,…,L},ne{l,2,…,N},N表示笛卡尔坐 标系中的雷达接收阵元个数,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数。
[0035] 步骤1的子步骤为:
[0036] (1.1)建立雷达在笛卡尔坐标系中的几何模型,并分别确定笛卡尔坐标系中雷达 接收阵元个数N、雷达接收波束个数L和雷达威力福射空域范围Ω,W及第η个雷达接收阵元 的发射信号记为Sn,然后依次计算得到第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系下的位置矢量 Ρη,进而分别获得第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系中水平方位轴的投影Ρηχ和第η个雷达 接收阵元在笛卡尔坐标系中俯仰方位轴的投影Ρηζ,然后分别计算得到笛卡尔坐标系中雷达 水平天线孔径长度Β和笛卡尔坐标系中雷达俯仰维天线孔径长度C。
[0037] 具体地,参照图2,为本发明使用的雷达在笛卡尔坐标系中的几何模型示意图;在 Ξ维坐标系Χ0ΥΖ中,Ρη表示第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系下的位置矢量,dn表示第η个 雷达接收阵元回波信号的传播矢量,η表示笛卡尔坐标系中第η个雷达接收阵元,S表示笛卡 尔坐标系中的雷达回波信号矢量;所述第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系下的位置矢量 Ρη,其表达式为:
[003引 Ρη= (Xn,yn,Zn)
[0039] 其中,Xn表示位置矢量pn在笛卡尔坐标系中X轴上的投影长度,yn表示位置矢量pn 在笛卡尔坐标系中y轴上的投影长度,Zn表示位置矢量Pn在笛卡尔坐标系中Z轴上的投影长 度,ne{l,2,…,N},N表示笛卡尔坐标系中的雷达接收阵元个数。
[0040] 所述笛卡尔坐标系中雷达水平天线孔径长度B和所述笛卡尔坐标系中雷达俯仰维 天线孔径长度C,其表达式分别为:
[0041]
[0042] 其中,ρηχ表示第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系中水平方位轴的投影,p(n-l)x表 示第n-1个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系中水平方位轴的投影,Pnz表示第η个雷达接收阵元 在笛卡尔坐标系中俯仰方位轴的投影,ρ(η-?)ζ表示第η-1个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系中 俯仰方位轴的投影。
[0043] 如果仅考虑一维等距线阵,且仅考虑方位维时,笛卡尔坐标系中雷达只在方位维 具有角度分辨能力;如果仅考虑一维等距线阵,且仅考虑俯仰维时,笛卡尔坐标系中雷达只 在俯仰维具有角度分辨能力。
[0044] (1.2)根据笛卡尔坐标系中雷达水平天线孔径长度Β和笛卡尔坐标系中雷达俯仰 维天线孔径长度C,分别计算得到笛卡尔坐标系中雷达水平维的3地波束宽度丫和笛卡尔坐 标系中雷达俯仰维的3地波束宽度r。
[0045] 具体地,所述笛卡尔坐标系中雷达水平维的3地波束宽度丫和所述笛卡尔坐标系 中雷达俯仰维的3地波束宽度其表达式分别为:
[0046]
V表示笛卡尔坐标系中雷达波长,且= 表示电磁波传播速度, fc表示笛卡尔坐标系中雷达的发射频率,是常规雷达参数;其中,3dB波束宽度是指笛卡尔 坐标系中雷达接收增益下降至最大值的;^时对应的雷达接收角度区间宽度。
[0047] (1.3)根据雷达威力福射空域范围Ω,分别将雷达威力福射空域范围Ω在笛卡尔 坐标系中方位维的投影记为Ω γ,将雷达威力福射空域范围Ω在笛卡尔坐标系中俯仰维的 投影记为Ω,,然后分别计算得到笛卡尔坐标系中方位维所需雷达接收波束个数Νγ和笛卡 尔坐标系中俯仰维所需雷达接收波束个数。
[0048] 具体地,为了利用同时多接收波束实现全检测空间的覆盖,根据雷达威力福射空 域范围Ω,获得雷达分别在方位维和俯仰维各自的检测角度区间,并分别将雷达威力福射 空域范围Ω在笛卡尔坐标系中方位维的投影记为Ω γ,将雷达威力福射空域范围Ω在笛卡 尔坐标系中俯仰维的投影记为然后分别计算得到笛卡尔坐标系中方位维所需雷达接 收波束个数Νγ和笛卡尔坐标系中俯仰维所需雷达接收波束个数馬,其表达式分别为:
[0049]
[0化0]其中,「·!表示取不小于?的最小整数,丫表示笛卡尔坐标系中雷达水平维的3地 波束宽度,r表示笛卡尔坐标系中雷达俯仰维的3地波束宽度,Ωγ表示雷达威力福射空域 范围Ω在笛卡尔坐标系中方位维的投影,Ω:0表示雷达威力福射空域范围Ω在笛卡尔坐标 系中俯仰维的投影。
[0051] (1.4)根据雷达威力福射空域范围Ω在笛卡尔坐标系中方位维的投影Ωγ和雷达 威力福射空域范围Ω在笛卡尔坐标系中俯仰维的投影;Ω:0,Κ及笛卡尔坐标系中方位维所 需雷达接收波束个数Νγ和笛卡尔坐标系中俯仰维所需雷达接收波束个数^0,计算得到第i 个雷达接收波束的中屯、指向曰1。
[0化2]具体地,所述第i个雷达接收波束的中屯、指向θι表达式为:

丫 1表示第i个雷达接收波束的中屯、指向在方位维的投影,巧表示第i个雷达接收 波束的中屯、指向在俯仰维的投影,i表示笛卡尔坐标系内L个雷达接收波束个数中的第i个 雷达接收波束,i e {1,2,…,L},L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数。
[0053] (1.5)根据第i个雷达接收波束的中屯、指向θι、笛卡尔坐标系中雷达水平维的3地 波束宽度γ和笛卡尔坐标系中雷达俯仰维的3地波束宽度0,计算得到第i个雷达接收波束 的3地空域范围Ωι。
[0054] 具体地,所述第i个雷达接收波束的3地空域范围Ωι为第i个雷达接收波束的3地 水平角度集合和第i个雷达接收波束的3地俯仰角度集合的并集,其表达式为:、
[0化5]
[0化6]
[0化7]其中,Ω 1Y表示第i个雷达接收波束的3地空域范围Ω 1在方位维的投影,Ω,:ρ表示第 i个雷达接收波束的3地空域范围Ω 1在俯仰维的投影,丫 1表示第i个雷达接收波束的中屯、指 向在方位维的投影,巧表示第i个雷达接收波束的中屯、指向在俯仰维的投影,γ表示笛卡尔 坐标系中雷达水平维的3地波束宽度,取表示笛卡尔坐标系中雷达俯仰维的3地波束宽度。 [005引(1.6)根据第i个雷达接收波束中屯、指向θι和第η个雷达接收阵元的发射信号为sn, 计算得到第i个雷达接收波束的脉冲压缩系数Cl,其表达式为:
[0化9]
[0060] 其中,flipl;r( ·)表示序列反序操作,ne {1,2,···,N},N表示笛卡尔坐标系中的雷 达接收阵元个数,i e {1,2,…,U,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数,pn表示第η 个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系下的位置矢量,di表示第i个雷达接收波束的传播矢量, cl,. =(cos巧cos片cos巧.sin片sin巧),丫康示第i个雷达接收波束的中屯、指向在方位维的投 影,巧表示第i个雷达接收波束的中屯、指向在俯仰维的投影,λ表示笛卡尔坐标系中雷达波 长,?表示点积运算,上标*表示共辆。
[0061] 步骤2,将雷达威力福射空域范围Ω对应的检测区域均匀划分成Κ个检测子区域, 计算得到第i个雷达接收波束的第k个检测子区域增益gi化),进而计算得到W第i个雷达接 收波束中屯、指向为基准的第k个检测子区域的接收合成信号I·/托);其中,i e {1,2,…,U,m e {1,2,…,},L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数。
[0062] 具体地,将雷达威力福射空域范围Ω对应的检测区域均匀划分成K个检测子区域, 计算得到第i个雷达接收波束的第k个检测子区域增益gi化),进而计算得到W第i个雷达接 收波束中屯、指向为基准的第k个检测子区域的接收合成信号if巧;其中,?ε{1,2,···,υ,1 表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数;k表示第k个检测子区域,ke {1,2,…,Κ},Κ表示 雷达威力福射空域范围Ω对应的检测区域均匀划分后包含的检测子区域个数。
[0063] 具体地,确定第i个雷达接收波束的加权矢量为wi,并将雷达威力福射空域范围Ω 对应的检测区域均匀划分成K个检测子区域,计算得到第i个雷达接收波束的第k个检测子 区域增益gi化),其表达式为:
[0064]
[00化]其中,.表示点积运算,ne{l,2,...,N},ie{l,2,...,U,ke{l,2,...,K},N 表示笛 卡尔坐标系中的雷达接收阵元个数,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数,K表示雷 达威力福射空域范围Ω对应的检测区域均匀划分后包含的检测子区域个数,pn表示第η个 雷达接收阵元在笛卡尔坐标系下的位置矢量,di表示第i个雷达接收波束的传播矢量,dk表 示雷达威力福射空域范围Ω中第k个检测子区域的传播矢量,=(sin巧cos?vsin巧sin7A.,co.s巧.), 病表示雷达威力福射空域范围Ω中第k个检测子区域的中屯、方位在俯仰维的投影分量,丫 k 表示雷达威力福射空域范围Ω中第k个检测子区域的中屯、方位在方位维的投影分量,Win表 示第i个雷达接收波束的加权矢量中第η个元素,λ表示笛卡尔坐标系中雷达波长。
[0066] 根据笛卡尔坐标系中第η个雷达接收阵元的发射信号sn,将笛卡尔坐标系中第η个 雷达接收阵元的发射信号向量记为Sn(t),Sn(t)是关于时间t的向量序列,则计算得到W第i 个雷达接收波束中屯、指向为基准的第k个检测子区域的方位合成信号Ck(t),其表达式为:
[0067]
[006引其中,ne{l,2,...,N},ie{l,2,...,L},ke{l,2,...,K},N表示笛卡尔坐标系中的 雷达接收阵元个数,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数,K表示雷达威力福射空域 范围Ω对应的检测区域均匀划分后包含的检测子区域个数,pn表示第η个雷达接收阵元在 笛卡尔坐标系下的位置矢量,di表示第i个雷达接收波束的传播矢量,dk表示雷达威力福射 空域范围Ω中第k个检测子区域的传播矢量,?表示点积运算,λ表示笛卡尔坐标系中雷达 波长。
[0069] 所述第k个检测子区域的方位合成信号为Ck(t)经过后向散射后再使用第k个检测 子区域增益gi化)进行阵列加权,计算得到W第i个雷达接收波束中屯、指向为基准的第k个 检测子区域的接收合成信号if約=(:,,(7值.(化其中,1£{1,2,。',化111£{1,2,。'心^,1^表 示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数;k表示第k个检测子区域,4£{1,2,一,",1(表示雷 达威力福射空域范围Ω对应的检测区域均匀划分后包含的检测子区域个数。
[0070] 根据W第i个雷达接收波束中屯、指向为基准的第k个检测子区域的接收合成信号 计算第m个雷达接收波束的角度测量查找表中的最大值maxm和第m个雷达接收波束的 角度测量查找表中的最小值minm,其得到过程为;
[0071] (2.1)初始化:巧{1,2,。',14,111£{1,2,。',心1},1^表示笛卡尔坐标系中的雷达接 收波束个数;k表示第k个检测子区域,且k的初值为1古£{1,2,-,,",1(表示雷达威力福射 空域范围Ω对应的检测区域均匀划分后包含的检测子区域个数。
[0072] (2.2)采用第i个雷达接收波束的脉冲压缩系数Cl对W第i个雷达接收波束中屯、指 向为基准的第k个检测子区域的方位向合成信号r/'(〇进行脉冲压缩处理,得到第k个检测子 区域脉压信号yk。
[0073] (2.3)令k加1,重复子步骤(2.2),直到得到第K个检测子区域脉压信号yK,并分别 计算K个检测子区域各自脉压信号模值,然后选取K个检测子区域各自脉压信号模值中的最 大值,作为第i个雷达接收波束的脉冲综合损失加权向量li,其表达式为:
[0074] li= [max{ I yi I ,…,I yk I ,…,I γκ I }]
[0075] 其中,max表示求取最大值操作,yk表示第k个检测子区域脉压信号,Κ表示雷达威 力福射空域范围Ω对应的检测区域均匀划分后包含的检测子区域个数,ie{l,2,-,,U,L 表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数。
[0076] (2.4)根据第i个雷达接收波束的第k个检测子区域增益gi化)和第i个雷达接收波 束的脉冲综合损失加权向量li,计算得到第i个雷达接收波束的实际接收波束增益穿, 客,=g,〇l,,Θ表示化damard乘积,gi表示第i个雷达接收波束的第k个检测子区域增益gi 化)。
[0077] (2.5)根据第i个雷达接收波束的实际接收波束增益致,分别计算得到第m个雷达接 收波束与第m+1个雷达接收波束之间的和波束及第m个雷达接收波束与第m+1个雷达 接收波束之间的差波束A m,其表达式分别为:
[007引
[00巧]其中,g,"表示第m个雷达接收波束的实际接收波束增益,襄表示第m+1个雷达接收 波束的实际接收波束增益,111£{1,2,''',心1},1^表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数。 [0080] (2.6)根据第m个雷达接收波束的和波束及第m个雷达接收波束的差波束 Δ m,计算得到第m个雷达接收波束的角度测量查找表rm( Θm),其表达式为:
[0081 ] rm(0m)= Am(0m)./Xm(0m)
[0082] 其中,./表示向量点除运算,Δ m( 0m)表示空域覆盖范围0m内第m个雷达接收波束 与第m+1个雷达接收波束之间的差波束,Sm( 0m)表示空域覆盖范围0m内第m个雷达接收波 束与第m+1个雷达接收波束之间的和波束,0m表示第m个雷达接收波束所能测角的空域覆 盖范围,Θ 0m+l,Θ。表示第m个雷达接收波束中屯、指向,表示第m+1个雷达接收波束 中屯、指向
Ω 丫表不雷达威力福射至域化围Ω在 笛卡尔坐标系中方位维的投影,表示雷达威力福射空域范围Ω在笛卡尔坐标系中俯仰 维的投影,Νγ表示笛卡尔坐标系中方位维所需雷达阵元个数,Λ'0表示笛卡尔坐标系中俯仰 维所需雷达阵元个数,即表明第m个雷达接收波束与第m+1个雷达接收波束所能测角的空域 覆盖范围0m是位于两个相邻雷达接收波束中屯、指向之间的可检测空域范围。
[0083] 然后根据第m个雷达接收波束的角度测量查找表rm( 0m),计算得到第m个雷达接收 波束的角度测量查找表中的最大值maxm和第m个雷达接收波束的角度测量查找表中的最小 值minm,其表达式分别为:
[0084] maxm=max{;rm( @m)},minm=min{;rm( @m)}。
[0085] 步骤3,对W第i个雷达接收波束中屯、指向为基准的第k个检测子区域的接收合成 信号if脚进行检测处理,得到第i个雷达接收波束的目标检测结果集合化,所述目标检测结 果集合Di由Ml个目标点迹组成,每一个目标点迹包含目标距离、目标多普勒频率和目标强 度,Ml表示第i个雷达接收波束的目标检测结果集合Di包含的目标点迹总数,i e {1,2,…, U,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数;ke {1,2,···,Κ},Κ表示雷达威力福射空域 范围Ω对应的检测区域均匀划分后包含的检测子区域个数,第k个检测子区域对应的中屯、 指向与第i个雷达接收波束中屯、指向相同。
[0086] 具体地,对W第i个雷达接收波束中屯、指向为基准的第k个检测子区域的接收合成 信号r/'(0进行检测处理,所述检测处理由实际应用中的具体雷达体制决定,其中雷达为相 参雷达或非相参雷达。
[0087] 当雷达为相参雷达时,所述检测处理为:对W第i个雷达接收波束中屯、指向为基准 的第k个检测子区域的接收合成信号r;'(〇依次进行脉冲压缩处理、相参积累和恒虚警处理, 得到第i个雷达接收波束的目标检测结果集合化;所述相参积累是对脉冲压缩处理后第i个 雷达接收波束的相邻多个雷达接收波束的幅相同时进行加权处理。
[0088] 当雷达为非相参雷达时,所述检测处理为:对W第i个雷达接收波束中屯、指向为基 准的第k个检测子区域的接收合成信号护巧依次进行脉冲压缩处理、非相参积累和恒虚警 处理,得到第i个雷达接收波束的目标检测结果集合化;所述非相参积累是将脉冲压缩处理 后第i个雷达接收波束的相邻多个雷达接收波束的幅度值相加。
[0089] 步骤4,初始化:111£{1,2,''',心1},111表示笛卡尔坐标系内心1个雷达接收波束个数 中的第m个雷达接收波束,m也表示迭代次数,且m初始值为1。
[0090] 步骤5,计算得到第m个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm中Mm个目标点迹各自 的角度测量值,然后提取目标检测结果集合Dm中Mm个目标点迹各自的角度测量值中存在角 度测量值的目标点迹,并按照第m个雷达接收波束的原始排列方式进行排列,得到第m个雷 达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合马^;其中,me {1,2,···,kl},Mm表示第m个雷达 接收波束的目标检测结果集合Dm包含的目标点迹总数,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收 波束个数。
[0091] 参照图3,为本发明的角度测量流程图;计算得到第m个雷达接收波束的目标检测 结果集合Dm中Mm个目标点迹各自的角度测量值,其过程为:
[0092] (5.1)初始化:Mm表示第m个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm包含的目标点迹 总数,m' e {1,2,···,Mi},m'表示目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹,m'也表示迭代次数,且 m'初始值为1; Θ表示角度测量值,f表示目标标志位,并且目标角度测量值Θ和目标标志位f 的初始值均为0;对第m个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm中的目标点迹进行信息扩 充,除了第m个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm中包含的目标距离、目标多普勒频率和 目标强度之外,进一步增加目标角度测量值Θ和目标标志位f,并且目标角度测量值Θ和目标 标志位f的初始值均为0。
[0093] (5.2)如果第m个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm不为空集,统计第m个雷达 接收波束的目标检测结果集合Dm包含的目标点迹总数Mm,并判断目标点迹总数Mm中包含的 目标点迹是否在第m个雷达接收波束相邻的下一个雷达接收波束中同样存在,即在第m+1个 雷达接收波束的目标检测结果集合Dm+冲寻找与目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm'具有 相同距离和速度的目标点迹式,,;
[0094] 如果第m+1个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm+冲存在与目标点迹总数Mm中 第m'个目标点迹dm'具有相同距离和速度的目标点迹,表明目标点迹总数Mm中第m'个目标 点迹dm'和第m' + l个雷达接收波束的目标检测结果集合中的目标点迹4,来自同一目标的后 向散射,然后判断目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm'的目标标志位fV :如果目标标志位 fm' = 2或者fV = 1,则表明目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm'已经与第m个雷达接收波束 相邻的前一个雷达接收波束相关联,并将第m+1个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm+1中 第m'个目标点迹4,的目标标志位/m,置为2,执行子步骤(5.4);
[009引如果目标标志位fm' = 0,则表明目标点迹总数Mm中第m '个目标点迹dm'是新出现的 目标点迹,并将第m+1个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm+冲与目标点迹总数Mm中第m' 个目标点迹dm'表示的同一目标的目标点迹氣,的目标标志位見,置为1,进行子步骤巧.3);
[0096] 如果第m+1个雷达接收波束的目标检测结果集合Dm+i中不存在与目标点迹总数Mm 中第m'个目标点迹dm'具有相同距离和速度的目标点迹^,,则进一步判断目标点迹总数Mm中 第m'个目标点迹dm'的目标标志位fm' :如果目标标志位fm' =2或者fm' = 1,则表明目标点迹总 数Mm中第m'个目标点迹dm'已经与第m个雷达接收波束相邻的前一个雷达接收波束相关联, 并直接舍弃目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm' ;如果目标标志位fm' =0,表明目标点迹总 数Mm中第m'个目标点迹dm'是新出现的目标点迹,由于目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm' 存在于第m个雷达接收波束内,因此将第m个雷达接收波束的中屯、指向作为目标点迹总数Mm 中第m '个目标点迹dm'的目标角度测量值,即0m'= ,进行子步骤巧.4 )。
[0097] (5.3)计算目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm'和第m+1个雷达接收波束的目标 检测结果集合Dm+1中第m'个目标点迹??。,的和差比IV,如果和差比IV在区间[minm',maxm' ] 内,即minm'《IV《maxm',则计算得到目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm'的角度测量值 白m ;
[009引如果和差比rm'不在区间[minm',maxm']内,则直接舍弃目标点迹总数Mm中第m'个目 标点迹dm',执行子步骤巧.4);
[0099] 其中,maxm'表示第m'个雷达接收波束的角度测量查找表中的最大值,mirw表示第 m'个雷达接收波束的角度测量查找表中的最小值。
[0100] 具体地,所述目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm'和第m+1个雷达接收波束的目 标检测结果集合Dm+冲第m'个目标点迹4的和差比rm',其表达式为:
[0101]
[0102] 其中,gm'表示目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm'的强度,客表示第m+1个雷达 接收波束的目标检测结果集合Dm+i中第m'个目标点迹4,的强度。
[0103] 所述计算得到目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm'的角度测量值0m',其过程为:
[0104] 首先获取第m个雷达接收波束的角度测量查找表rm( 0m),并利用和差比rm'分别减 去第m个雷达接收波束的角度测量查找表rm(0m)中的每一项,得到目标点迹总数Mm中第m' 个目标点迹dm'的角度差值向量Δ。
[0105] 然后获取目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm'的角度差值向量A r的模值最小值 rmin,:rmin=min{ Δγ},并得到与模值最小值rmin对应的索引indexm',进而得到与索引indexm' 对应的角度测量值,即得到目标点迹总数Mm中第m'个目标点迹dm'的角度测量值0m'。
[0106] (5.4)令m'加1,依次重复执行子步骤(5.2)和子步骤(5.3),直到得到目标点迹总 数Mm中第Mm个点迹马《:"的角度测量值马/,",此时得到目标检测结果集合Dm中Mm个目标点迹各 自的角度测量值。
[0107] 然后提取目标检测结果集合Dm中Mm个目标点迹各自的角度测量值中存在角度测量 值的目标点迹,并按照第m个雷达接收波束的原始排列方式进行排列,得到第m个雷达接收 波束的含角度测量值的目标点迹集合马Μ;其中,me {1,2,…,L-1},Mm表示第m个雷达接收波 束的目标检测结果集合Dm包含的目标点迹总数,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个 数。
[0108] 步骤6,令m加1,重复步骤5,直到得到第个雷达接收波束的含角度测量值的目 标点迹集合4_1,并根据第L-1个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合4_,,获取 第L个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合A,进而得到L个雷达接收波束各自 含角度测量值的目标点迹集合序列D。
[0109] 具体地,根据第i个雷达接收波束的目标检测结果集合Di获取第L个雷达接收波束 的目标检测结果集合化时,首先判断第L个雷达接收波束的检测结果集合化是否为空:如果 为空,则将第1个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合A到第个雷达接收波束 的含角度测量值的目标点迹集合A_i,作为L个雷达接收波束各自含角度测量值的目标点 迹集合序列D,执行步骤7;如果不为空,则参照图3对第L个雷达接收波束的检测结果集合化 包含的化个目标点迹分别进行角度测量,包括W下子步骤:
[0110] (6.1)初始化:9£{1,2,-,,化},化表示第1个雷达接收波束的检测结果集合化包含 的目标点迹个数,P表示第L个雷达接收波束的检测结果集合化包含的化个目标点迹中第P个 目标点迹,P也表示迭代次数,且P初始值为1。
[0111] 在计算第心1个雷达接收波束的检测结果集合Dl-1包含的化-1个目标点迹每一个目 标点迹的角度测量值过程中,已经得到第L个雷达接收波束的检测结果集合化包含的化个目 标点迹中每一个目标点迹的目标标志位。
[0112] (6.2)如果目标点迹总数化中第P个目标点迹dp的标志位fP = 2或者fP = 1,表明目 标点迹总数化中第P个目标点迹dp已经与第心1个雷达接收波束中的第P个目标点迹dp相关 联,则直接舍弃目标点迹总数Ml中第P个目标点迹;如果目标点迹总数Ml中第P个目标点迹dp 的标志位fp = 〇,则将第L个雷达接收波束的中屯、方位目标作为目标点迹总数Ml中第P个目标 点迹dp的角度测量值,即0p = 0L;
[011引(6.3)令P加1,重复子步骤(6.2),直到得到目标点迹总数Ml中化个目标点迹各自对 应的角度测量值,化《化,并将目标点迹总数化中化个目标点迹各自对应的角度测量值,作 为第L个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合,然后将第1个雷达接收波束的含 角度测量值的目标点迹集合?到第L个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合另£, 作为L个雷达接收波束含角度测量值的目标点迹集合序列D,执行步骤7。
[0114] 步骤7,为了降低虚警概率,对L个雷达接收波束含角度测量值的目标点迹集合序 列D进行点迹融合,得到一个相干处理时间内L个雷达接收波束含角度测量值的目标点迹集 合最终序列.6 :。
[0115] 参照图4,为本发明进行点迹融合的流程图;步骤7的具体子步骤为:
[0116] (7.1)初始化:j表示第j个雷达接收波束,且j初始值为1,j Ε {1,2,…,U,L表示笛 卡尔坐标系中的雷达接收波束个数,并将L个雷达接收波束含角度测量值的目标点迹集合 序列D中所有目标标志位分别重置为0。
[0117] η'表示第j个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合4包含的目标点迹总 数廢中第η '个目标点迹,η '的初始值化。
[0118] (7.2)如果第j个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹堯介D为空集,则执行 子步骤(7.5);如果第j个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合贫^不为空集,且第j 个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合包含的目标点迹总数为Μ,,,时,执行子 步骤(7.3);
[0119] (7.3)如果第j个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合A包含的目标点 迹总数妨。,中第η '个目标点迹山'的目标标志位fn' = 2,则表明目标点迹总数化,,中第η '个目 标点迹山'为多余目标点迹,直接舍弃,执行子步骤(7.4);否则,转至子步骤(7.6);
[0120] (7.4)令η'加1,重复子步骤(7. 3),直到得到目标点迹总数化,中第妨,,,个目标点迹 <化,的目标标志位Λ,;如果目标标志位為。,=2,则表明目标点迹总数短《,中第新个目标点 迹聲^,为多余目标点迹,直接舍弃,此时完成了第j个雷达接收波束的含角度测量值的目标 点迹集合的目标点迹融合,得到第j个雷达接收波束进行目标点迹融合后的角度测量值 集合4,并执行子步骤(7.5);否则,转至子步骤(7.6);特别地,如果当前j = L时,执行子步 骤(7.9);
[0121] (7.5)令j加1,返回子步骤(7.2),直到得到第个雷达接收波束进行目标点迹融 合后的角度测量值集合4_,,此时得到第1个雷达接收波束进行目标点迹融合后的角度测量 值集合4到第レl个雷达接收波束进行目标点迹融合后的角度测量值集合鸟_1,并执行子 步骤(7.8)。
[0122] (7.6)在第j+1个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合資,+1中寻找与目标 点迹总数茲中第η '个目标点迹山'同时满足如下条件的目标点迹品,,,:
[0123]
[0124] 其中,山'(1)表示目标点迹总数祗中第η'个目标点迹山'的距离,<-/"〇)表示第j+1 个雷达接收波束的含目标角度测量值集合复,+1中第η '个目标点迹4的距离,山·(2)表示目 标点迹总数孩。,中第η '个目标点迹山'的速度,??,, Ρ)表示第j+1个雷达接收波束的含目标角 度测量值集合中第η'个目标点迹知的速度,山·(4)表示目标点迹总数撼。冲第η'个目标 点迹山'的角度测量值,式,(4)表示第j+1个雷达接收波束的含目标角度测量值集合孩,+冲第 η '个目标点迹马,的角度测量值,祁表示预设的目标距离误差值,Sfd表示预设的目标速度误 差值,δθ表示预设的目标角度测量误差值,M。,表示第j个雷达接收波束的含角度测量值的 目标点迹集合6,包含的目标点迹个数。
[0125] 特别的,从相邻两个雷达接收波束各自包含的目标点迹中分别任意选取一个目标 点迹组成目标点迹对,如果该目标点迹对之间的关系分别满足预设的目标距离误差值祁= 5、预设的目标速度误差值Sfd = 3、预设目标角度测量误差值δθ = 1,表明该目标点迹对的距 离单元间隔在5个距离口 W内、速度间隔在3个多普勒通道W内、角度间隔在内,此时认 为该目标点迹对属于同一目标。
[0126] 如果第j+1个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合A+1不存在与目标点 迹总数Λ~?"中第η'个目标点迹山'属于同一目标的目标点迹J。,,则进一步判断目标点迹总数 .政中第η '个目标点迹山'的目标标志位fn' :如果目标标志位fn' = 1,则将目标点迹总数麻,, 中第η'个目标点迹dn·作为第j个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合易,中的全 方位角度测量值;否则,舍弃目标点迹总数化中第η'个目标点迹山',并返回子步骤(7.4);
[0127] 如果第j+1个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合存在与目标点迹 总数中第η'个目标点迹山'属于同一目标的目标点迹么,则将目标点迹总数麻》,中第η' 个目标点迹dn'作为第j个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合4中的全方位角 度测量值,然后再统计第j + 1个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合A+1中与目 标点迹总数知,,,中第η'个目标点迹山'属于同一目标的目标点迹个数Nd。
[0128] (7.7)如果目标点迹个数Nd= 1,则将第j+1个雷达接收波束的含角度测量值的目 标点迹集合马中与目标点迹总数化,中第η'个目标点迹山'属于同一目标的目标点迹4的 目标标志位齐,置为1,并返回子步骤(7.4);
[0129] 如果目标点迹个数Nd〉l,则分别将Nd个目标点迹中目标强度最大的目标标志位置 为1,将其他Nd-1个目标点迹各自对应目标标志位分别置为2,并返回子步骤(7.4)。
[0130] (7.8)再令j加1,此时j = L,然后判断第j个雷达接收波束的含角度测量值的目标 点迹集合4是否为空集:如果为空集,则将第1个雷达接收波束进行目标点迹融合后的角度 测量值集合A到第个雷达接收波束进行目标点迹融合后的角度测量值集合4_,,作为 一个相干处理时间内L个雷达接收波束各自含角度测量值的目标点迹集合最终序列D, 0=·[/),,···,/),_|;[;如果不为空,则判断第L个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合 疫£包含的目标点迹总数液。中第η '个目标点迹dn'的目标标志位fn'是否为2;如果目标标志 位fn'=2,则表明目标点迹总数办。,中第η'个目标点迹山'为多余点迹,直接舍弃,执行子步 骤(7.4);
[0131] (7.9)将第1个雷达接收波束进行目标点迹融合后的角度测量值集合马到第L个雷 达接收波束进行目标点迹融合后的角度测量值集合复,,作为一个相干处理时间内L个雷达 接收波束各自含角度测量值的目标点迹集合最终序列D,? = {A,...,旬;},,
[0132] 具体地,假设一个相干处理时间内L个雷达接收波束各自含角度测量值的目标点 迹集合最终序列良包含Nt个目标点迹;在目标点迹集合最终序列技中任意选取两个目标点 迹dn与山i,me {1 ,··· ,Nt},ne {1 ,··· ,Nt},且m声n,则该目标点迹dn与山1不能同时满足W下Ξ 个条件:
[0133] |dm(l)-dn(l)|《祁,|cU(2)-dn(2)|《Sfd,|cU(4)-dn(4)|《S白
[0134] 其中,dm( 1 )表示目标点迹集合最终序列D中第m个目标点迹dm的距离,dn( 1 )表示 目标点迹集合最终序列D中第η个目标点迹dn的距离,dm( 2)表示目标点迹集合最终序列D 中第m个目标点迹dm的速度,dn(2)表示目标点迹集合最终序列D中第η个目标点迹dn的速 度,dm(4)表示目标点迹集合最终序列D中第m个目标点迹dm的角度测量值,dn(4)表示目标 点迹集合最终序列D中第η个目标点迹dn的角度测量值,D表示一个相干处理时间内L个雷 达接收波束含角度测量值的目标点迹集合最终序列,祁表示预设的目标距离误差值,Sfd表 示预设的目标速度误差值,δθ表示预设的目标角度测量误差值。
[0135] 所述目标点迹集合最终序列良中的目标点迹包含具有角度测量值,也是经过点迹 融合之后的剩余明白点迹,通过点迹融合保证所述目标点迹集合最终序列己中同一目标仅 存在唯一的目标点迹,保证了较低的虚警概率。
[0136] 通过W下仿真实验对本发明效果作进一步验证说明。
[0137] ( -)实验参数:不失一般性,在本仿真实验中采用等距一维线阵,考虑某L波段 ΜΙΜΟ阵列雷达,图5给出了该ΜΙΜΟ阵列雷达的几何模型,参照图5,为本发明仿真时使用的一 维等距线性阵列模型示意图;在Ξ维坐标系xoyz中,#1、#2、···、#Ν表示第1个雷达接收阵元、 第2个雷达接收阵元、…、第Ν个雷达接收阵元,其中Ν表示笛卡尔坐标系中雷达接收阵元个 数,此处Ν为16,d表示阵元间距,且d为个半波长;(N-l)d表示Ν个雷达接收阵元的阵元间距, Φ表示一维等距线性阵列回波传播方向相对于阵列法线方向的偏离角度,dsin4表示一维等 距线性阵列中相邻阵元之间回波信号传播的波程差;由于是一维线阵,因此仅具有方位维 或者俯仰维中的某一维分辨能力。
[0138] ΜΙΜΟ阵列雷达发射基带信号为优化后的相位编码信号,码元个数为200,图6给出 了 16个阵元的时域发射信号;参照图6,为本发明仿真时设计的全正交基带信号时域波形示 意图。
[0139] (二)仿真内容:
[0140] 仿真1,验证全正交发射波形的空域正交性和时域相关性。本发明需要在正交波形 下的集中式ΜΙΜΟ雷达角度测量和点迹融合,要求阵列能够发射全正交波形。基于W上实验 参数,采用优化方式设计一组全正交波形。
[0141] 阵列的可检测方位为±45°,图7给出了该方位区间内阵列的功率福射方向图,参 照图7,为本发明仿真时设计的全正交波形合成的全空域功率福射方向图;其中圆圈标志线 表示实际测量结果示意图,矩形标志线表示理想功率福射方向图;实际测量结果示意图是 由阵列正常通道发射并采集后综合得到的曲线图,理想功率福射方向图是优化后得到的信 号在MATLAB中直接合成得到的曲线图;由图7可W看出,该组优化波形在全方位检测区间内 具有较好的正交特性,全方位功率方向图波动不超过0.6地。
[0142] 同时,要求正交相位编码信号具有较好的时域相关特性,包含两层含义:首先,要 求优化得到的相位编码信号具有较好的自相关特性,即除了0延时外的其他自相关旁瓣均 比较低;其次,要求优化得到的各个阵元发射信号之间的互相关电平比较低;参照图8,为本 发明仿真时设计的全正交波形的时域自相关特性示意图,图8给出了优化波形的时域自相 关特性,可W看出主副比不超过18地,具有较好的自相关特性;参照图9,为本发明仿真时设 计的全正交波形的时域互相关特性示意图,图9给出了 16组相位编码信号的互相关特性,可 W看出相比于自相关主瓣增益,互相关电平仅在自相关旁瓣附近,说明优化的全正交波形 具有较好的互相关特性。
[0143] 仿真2,基于上述发射基带信号,构造雷达回波信号,并进行常规检测处理之后,执 行本发明的目标点迹角度测量和点迹融合操作;为了体现本发明方法的有效性与可靠性, 即具有较高的检测概率和较低的虚警率,随机生成20个目标,且目标的距离、方位、多普勒、 航向均随机生成。
[0144] (Ξ)仿真结果分析:
[0145] 参照图10,为本发明仿真时设计的目标回波脉冲压缩结果示意图,图10给出了某 相干积累时间内的雷达时域回波脉压之后的结果,横轴为距离单元,纵轴为幅度电平,已转 化成地值;由图10可W看出在1500距离单元W内,雷达回波具有较高的电平值,且部分雷达 回波主要是在仿真系统中人为添加的杂波信号,W更真实地体现实际雷达回波场景。在整 个脉冲重复周期内,无法直接看到雷达回波,运与真实目标回波场景也比较符合,即单个脉 冲重复周期内的雷达回波具有较低的信噪比,需要经过相关处理后进行下一步目标检测。
[0146] 参照图11,为本发明仿真时某相干处理时间的多普勒处理结果示意图,图11给出 了某相干积累时间内的雷达回波进行多普勒处理后的结果,可W看出此时的目标已清晰可 见,同时杂波区也多集中在在低速多普勒通道,且具有一定的谱扩散。
[0147] 参照图12,为本发明仿真时利用本发明方法最终上报的点迹的距离-方位分布示 意图,图12给出了该ΜΙΜΟ阵列雷达电扫一圈后的最终点迹结果,已执行过本发明中的目标 点迹角度测量和点迹融合;在图12中,黑色点迹为预设目标点迹,是随机生成的目标;Ξ角 点迹为本发明预设的目标点迹,可W看出预设的目标点迹完全被检测出来,检测概率达 100 %,且没有任何虚警点,即虚警概率为0。
[0148] 综上所述,仿真实验验证了本发明的正确性,有效性和可靠性。
[0149] 显然,本领域的技术人员可W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;运样,倘若本发明的运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运些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种正交波形下Μπω雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方法,其特征在于,包 括以下步骤: 步骤1,建立雷达在笛卡尔坐标系中的几何模型,并分别确定笛卡尔坐标系中雷达接收 阵元个数Ν、雷达接收波束个数L和雷达威力辐射空域范围Ω,以及将第η个雷达接收阵元的 发射信号记为s n,然后依次计算得到第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系下的位置矢量ρη、 第i个雷达接收波束的中心指向、第i个雷达接收波束的3dB空域范围〇,和第i个雷达接收 波束的脉冲压缩处理系数(^;其中,1£{1,2,"_丄},11£{1,2,"_,《小表示笛卡尔坐标系中 的雷达接收阵元个数,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束个数; 步骤2,将雷达威力辐射空域范围Ω对应的检测区域均匀划分成K个检测子区域,计算 得到第i个雷达接收波束的第k个检测子区域增益gl(k),进而计算得到以第i个雷达接收波 束中心指向为基准的第k个检测子区域的接收合成信号(〇 ;其中,k e {1,2,…,K},K表示 雷达威力辐射空域范围Ω对应的检测区域均匀划分后包含的检测子区域个数; 步骤3,对以第i个雷达接收波束中心指向为基准的第k个检测子区域的接收合成信号 if (?)进行检测处理,得到第i个雷达接收波束的目标检测结果集合〇,,所述目标检测结果集 合Di由1个目标点迹组成,每一个目标点迹包含目标距离、目标多普勒频率和目标强度,Mi 表示第i个雷达接收波束的目标检测结果集合〇 1包含的目标点迹总数; 步骤4,初始化:me {1,2,…,L-l},m表示笛卡尔坐标系内L-1个雷达接收波束中的第m 个雷达接收波束,且m初始值为1; 步骤5,计算得到第m个雷达接收波束的目标检测结果集合0"中1个目标点迹各自的角 度测量值,然后提取目标检测结果集合〇?中1个目标点迹各自的角度测量值中存在角度测 量值的目标点迹,并按照第m个雷达接收波束的原始排列方式进行排列,得到第m个雷达接 收波束的含角度测量值的目标点迹集合;其中,me {1,2,…,L-1},Mm表示第m个雷达接收 波束的目标检测结果集合〇?包含的目标点迹总数,L表示笛卡尔坐标系中的雷达接收波束 个数; 步骤6,令m加1,重复步骤5,直到得到第L-1个雷达接收波束的含角度测量值的目标点 迹集合,,并根据第L-1个雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合為_1:,获取第L个 雷达接收波束的含角度测量值的目标点迹集合%,进而得到L个雷达接收波束含角度测量 值的目标点迹集合序列D; 步骤7,对L个雷达接收波束含角度测量值的目标点迹集合序列D进行点迹融合,得到一 个相干处理时间内L个雷达接收波束含角度测量值的目标点迹集合最终序列〇。2. 如权利要求1所述的一种正交波形下ΜΜ0雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方 法,其特征在于,步骤1的子步骤为: (1.1)建立雷达在笛卡尔坐标系中的几何模型,并分别确定笛卡尔坐标系中雷达接收 阵元个数N、雷达接收波束个数L和雷达威力辐射空域范围Ω,计算得到第n个雷达接收阵元 在笛卡尔坐标系下的位置矢量ρ η,进而分别获得第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系中水 平方位轴的投影ρηχ和第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系中俯仰方位轴的投影ρ ηζ,然后分 别计算得到笛卡尔坐标系中雷达水平天线孔径长度Β和笛卡尔坐标系中雷达俯仰维天线孔 径长度c; (1.2) 根据笛卡尔坐标系中雷达水平天线孔径长度B和笛卡尔坐标系中雷达俯仰维天 线孔径长度C,分别计算得到笛卡尔坐标系中雷达水平维的3dB波束宽度γ和笛卡尔坐标系 中雷达俯仰维的3dB波束宽度f; (1.3) 根据雷达威力辐射空域范围Ω,分别将雷达威力辐射空域范围Ω在笛卡尔坐标 系中方位维的投影记为Ω γ,将雷达威力辐射空域范围Ω在笛卡尔坐标系中俯仰维的投影 记为,然后分别计算得到笛卡尔坐标系中方位维所需雷达接收波束个数Ν γ和笛卡尔坐 标系中俯仰维所需雷达接收波束个数; (1.4) 根据雷达威力辐射空域范围Ω在笛卡尔坐标系中方位维的投影Ω γ和雷达威力 辐射空域范围Ω在笛卡尔坐标系中俯仰维的投影£\,以及笛卡尔坐标系中方位维所需雷 达接收波束个数Ν γ和笛卡尔坐标系中俯仰维所需雷达接收波束个数计算得到第i个雷 达接收波束的中心指向Θ i; (1.5) 根据第i个雷达接收波束的中心指向Θ,、笛卡尔坐标系中雷达水平维的3dB波束宽 度γ和笛卡尔坐标系中雷达俯仰维的3dB波束宽度0,计算得到第i个雷达接收波束的3dB 空域范围Ω 1; (1.6) 根据第i个雷达接收波束的中心指向Θ,和第η个雷达接收阵元的发射信号Sn,计算 得到第i个雷达接收波束的脉冲压缩系数 Cl。3.如权利要求2所述的一种正交波形下MMO雷达目标的多波束联合测角和点迹融合方 法,其特征在于,在步骤1中,所述第η个雷达接收阵元在笛卡尔坐标系下的位置矢量pn、所 述笛卡尔坐标系中雷达水平天线孔径长度B、所述笛卡尔坐标系中雷达俯仰维天线孔径长 度C、所述笛卡尔坐标系中雷达水平维的3dB波束宽度γ、所述笛卡尔坐标系中雷达俯仰维 的3dB波束宽度Ρ、所述笛卡尔坐标系中方位维所需雷达接收波束个数Ν γ、所述笛卡尔坐标 系中俯仰维所需雷达接收波束个数%、所述第i个雷达接收波束的中心指向、所述第i个 雷达接收波束的3dB空域范围Ω ,和所述第i个雷达接收波束的脉冲压缩系数Cl,其表达式分 别为:其中,χη表示位置矢量pn在笛卡尔坐标系中X轴上的投影长度,yn表示位置矢量p n在笛卡 尔坐标系中y轴上的投影长度,zn表示位置矢量pn在笛卡尔坐标系中z轴上的投影长度,ne {1,2,…,