组网雷达中基于3D-Capon的单目标定位方法

本发明属于无线通信，涉及一种组网雷达中基于3d-capon的单目标定位方法。

背景技术：

1、随着综合电子干扰技术的发展，单部雷达已经很难与电子对抗系统全面抗衡，雷达目标隐身技术和飞行器低空飞行技术的进一步发展，也将制约雷达信息的获取，反辐射武器的更新换代更是直接威胁到雷达的生存。这些传统雷达所面临的“四大威胁”(电子干扰、隐身、反辐射摧毁和低空突防)促使雷达向网络化方向发展。组网雷达充分利用单个雷达的检测资源与全体雷达信息融合的优势，结合了多部各种体制、频段和工作模式不一的雷达，并优化它们的布站形式，然后利用通信手段将所有信息传输至融合中心进行处理，因此，雷达的整体性能可以大大提高。

2、近年来，雷达组网技术己经成为雷达技术的主要研究方向。组网雷达充分利用各单部雷达的资源和信息融合优势，即把多部不同体制、不同频段、不同工作模式的雷达适当布站，借助于通信手段链接成网，由中心站统一调配，从而使整体作战能力得到极大的提高，包括探测、定位、跟踪、识别、威胁判断等在内的雷达整体性能得以大幅度改善。在雷达组网系统中，各单站将获得的观测信息传递至融合中心，通过不同的信息融合手段来提高系统的总体性能。

3、对于分布式组网雷达，通常有两种类型的定位算法：传统数据级定位算法和信号级定位算法。传统数据级定位算法通常由两步组成，先估计得到目标的一到两个参数，然后利用第一步获得的参数求解定位方程；而信号级定位算法则直接利用接收到的回波信号进行目标定位。相比传统的数据级定位算法，信号级定位能最大程度的保留目标信息，因此，具有定位精度高、可定位微弱目标等优势。在组网雷达中使用信号级定位算法的时候需要考虑如何使得全部接收信号被有效的利用，目前capon谱函数估计算法更多应用在单雷达系统中，在单雷达系统中有着不错的定位性能，但在组网雷达系统中直接应用会导致产生较大的误差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种组网雷达中基于3d-capon的单目标定位方法，以优化组网雷达系统中普遍存在的接收信号成分复杂、以及直接利用回波信号进行定位会导致误差较大及复杂度较高等问题。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种组网雷达中基于3d-capon的单目标定位方法，具体包括以下步骤：

4、s1、初始化雷达发射信号和其中表示雷达a的第m个发射信号，表示雷达b的第n个发射信号，m和n分别表示雷达a和b的天线数量；

5、s2、计算雷达a的发射导向矢量和接收导向矢量以及雷达b的发射导向矢量和接收导向矢量根据发射信号和导向矢量得到经过目标反射后的回波信号xa和xb，xa表示雷达a接收的回波信号，xb表示雷达b接收的回波信号；

6、s3、将回波信号xa和xb通过匹配滤波器进行信号分离，得到信号xaa、xab、xba和xbb，其中，xaa表示雷达a的发射信号经反射后由雷达a接收的信号，xab表示雷达a的发射信号经反射后由雷达b接收的信号，xba表示雷达b的发射信号经反射后由雷达a接收的信号，xbb表示雷达b的发射信号经反射后由雷达b接收的信号；

7、根据接收信号分别求得xaa的自相关函数raa、xab的自相关函数rab、xba的自相关函数rba和xbb的自相关函数rbb；

8、利用导向矢量和自相关函数构造联合capon谱函数f(θ,φ,θ',φ')，其中θ、φ分别表示目标相对于雷达a的俯仰角和方位角，θ'、φ'分别表示目标相对于雷达b的俯仰角和方位角；

9、s4、将雷达坐标统一到以雷达a为基准的坐标系上，以三维坐标(xm,ym,zm)表示目标位置，并将联合capon谱函数改为f(xm,ym,zm)；

10、s5、利用联合capon谱函数在感兴趣的范围内对函数进行峰值搜索，函数最大值对应的坐标即为目标的坐标。

11、进一步，在步骤s1中，各天线发射的信号之间具有正交性，其中，发射信号具体为：

12、

13、发射信号具体为：

14、

15、式中，u(t)表示线性调频信号的复包络，雷达a和b的包络相同，f0表示信号中心频率，fp表示频率间隔，μ表示调制频率。

16、进一步，步骤s2中，雷达a的发射导向矢量和接收导向矢量具体为：

17、

18、

19、

20、式中，表示雷达a在x轴方向上的导向矢量，表示雷达a在y轴方向上的导向矢量，表示雷达a的第m个阵元与参考阵元在x轴上的距离，表示雷达a的第m个阵元与参考阵元在y轴上的距离，θ和分别表示目标相对于雷达a的俯仰角和方位角，

21、雷达b的发射导向矢量和接收导向矢量具体为：

22、

23、

24、

25、式中，表示雷达b在x轴方向上的导向矢量，表示雷达b在y轴方向上的导向矢量，表示雷达b上第n个阵元与参考阵元在x轴上的距离，表示雷达b上第n个阵元与参考阵元在y轴上的距离，θ'和φ'分别表示目标相对于雷达b的俯仰角和方位角。

26、进一步，在步骤s3中，联合capon谱函数具体为：

27、

28、进一步，步骤s4具体为：

29、首先将雷达a和b的大地坐标转换成地心直角坐标，其中雷达a的大地坐标(ba,la,ha)转换为地心直角坐标为：

30、

31、雷达b的大地坐标(bb,lb,hb)转换为地心直角坐标为：

32、

33、式中，n表示地球椭圆半径，e表示椭球第一偏心率；

34、假设目标相对于雷达a的坐标为(xm,ym,zm)，相对于雷达b的坐标为(xn,yn,zn)，将目标相对于雷达b的位置用雷达a的坐标系统来表示为：

35、

36、即可得到改进后的联合capon谱函数f(xm,ym,zm)。

37、本发明的有益效果在于：本发明利用发射信号的正交性来正确分离不同雷达的发射信号，并构造联合capon谱函数来实现目标定位，同时通过坐标转换，将联合capon谱函数从四维搜索降低到三维，大大降低了系统定位的复杂度。

38、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种组网雷达中基于3d-capon的单目标定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的单目标定位方法，其特征在于：在步骤s1中，各天线发射的信号之间具有正交性。

3.根据权利要求2所述的单目标定位方法，其特征在于：发射信号具体为：

4.根据权利要求1所述的单目标定位方法，其特征在于：步骤s2中，雷达a的发射导向矢量和接收导向矢量具体为：

5.根据权利要求1所述的单目标定位方法，其特征在于：在步骤s3中，所述联合capon谱函数具体为：

6.根据权利要求1所述的单目标定位方法，其特征在于：步骤s4具体为：

技术总结
本发明涉及一种组网雷达中基于3D‑Capon的单目标定位方法，属于无线通信技术领域。该方法具体为：首先设置发射信号和雷达大地坐标、雷达天线数量等参数；然后计算雷达的发射导向矢量、接收导向矢量、接收信号，以及联合Capon谱函数；再统一坐标表示为以某一雷达为基准的坐标系上，利用坐标转换将谱函数从四维搜索降维到三维搜索；设定搜索范围，对目标位置进行峰值搜索，得到目标位置。本发明通过设计发射信号的波形，保证各个发射天线中发射信号的正交性，以此确保雷达接收信号的分离；通过建立联合Capon谱函数的方式提高了定位的精度，以及通过坐标转换方法降低了定位的复杂度。

技术研发人员：景小荣,周军浩
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13