基于多波位联合处理的单脉冲目标doa估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达技术领域，具体说是一种基于多波位联合处理的单脉冲目标D0A 估计方法，用于解决机载雷达在低信噪比、低阵元数下D0A估计精度较差的问题，并提高目 标的D0A估计精度。
【背景技术】
[0002] 机载雷达的核心任务是在复杂的环境中发现目标并对目标进行跟踪，因此对目标 信号到达方向的估计十分重要。波达方向（Direction Of Arrival，D0A)估计技术的关键在 于利用空间不同位置的天线阵列，接收来自不同方向的多个信号源发出的信号，运用现代 信号处理技术估计出信号源的方向。最早的波达方向估计算法是基于傅里叶变换的线性谱 估计的方法，但该方法由于受到瑞利限的限制，因而无法获得超高分辨的波达方向估计性 能，且抗噪声能力差。
[0003] 1967年，Burg提出了最大谱估计方法，主要包括最大熵法、AR模型参量法、MA模型 参量法、ARMA模型参量法和正弦组合模型法等，这些方法都具有高分辨率的优点，但是这些 方法的运算量大，且鲁棒性较差。Capon提出的高精度的最大似然算法理论上可以达到克拉 美-罗界，但该方法的运算量过大，在系统自由度较大时不利于实现。1979年Schmidt提出了 多重信号分类法(MUSIC算法），该方法需要进行特征值分解运算，可以得到较高精度的参数 估计，但是计算量太大。1985年Roy和Kailath提出了旋转不变技术的参数估计算法(ESPRIT 算法），但该算法忽略了信号的时间特性。
[0004] 对于机载雷达，其接收数据包含了目标、杂波、干扰以及噪声，因此为了精确估计 目标的波达方向，需要抑制杂波和干扰，即将目标波达方向的估计与空时自适应处理 (space-time adaptive processing，STAP)相结合，这使得信号处理过程变得十分复杂。而 大多数D0A估计算法都是在单波位背景下实现的，D0A估计精度受到阵列孔径和信噪比的影 响，在低信噪比、低阵元数下D0A估计精度较差。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于多波位联合处理的单 脉冲目标D0A估计方法，该方法采用多波位联合处理来提高目标的D0A估计精度，能够在改 善目标的D0A估计精度的同时，降低运算量。
[0006] 为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0007] 一种基于多波位联合处理的单脉冲目标D0A估计方法，其特征在于，包括以下步 骤：
[0008] 步骤1，获取Μ个波位的雷达回波数据，所述Μ个波位依次相邻;对Μ个波位的雷达回 波数据分别进行脉冲多普勒处理，得到Μ个波位的目标所在多普勒通道的数据；
[0009] 步骤2,根据Μ个波位的目标所在多普勒通道的数据，分别估计Μ个波位的协方差矩 阵 R1，···，!^，···，^;
[0010] 步骤3,根据第m个波位的协方差矩阵Rm，计算第m个波位的主波束权矢量旧，进而得 到所有Μ个波位的主波束权矢量W 1，…，Wm，…，WM;将所有Μ个波位的主波束权矢量进行组合， 得到主波束权矢量矩阵1，1=乜 &8{11，"_，？％"_，14;其中，虹&8{>}表示对角矩阵；
[0011] 步骤4，根据主波束权矢量矩阵W，计算差波束的权矢量Wu;
[0012] 步骤5,根据主波束权矢量矩阵W和差波束的权矢量Wu，计算差波束滤波输出功率 与和波束滤波输出功率之比F u，并将Fu的绝对值为最小时所对应的目标方位角作为最终的 目标方位角θ'。
[0013] 本发明与现有技术相比所具有的优点：本发明在阵元数有限的情况下，联合相邻 多波位的雷达回波信息进行目标能量累积，抑制了杂波和干扰，并改善了信噪比，从而提高 了目标的D0A估计精度，同时减少了运算量。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的流程图；
[0015] 图2、图3、图4分别是噪声背景下，单波位、双波位以及三波位情况下目标方位角的 均方根误差(RMSE)随波达方向（D0A)、信噪比（SNR)和阵元数Ν的变化曲线图；
[0016] 图5、图6、图7分别是干扰背景下，单波位、双波位以及三波位情况下目标方位角的 均方根误差(RMSE)随波达方向（D0A)、信噪比（SNR)和阵元数Ν的变化曲线图。
【具体实施方式】：
[0017] 参照图1，本发明的基于多波位联合处理的单脉冲目标D0A估计方法，具体实现步 骤如下：
[0018] 步骤1，获取Μ个波位的雷达回波数据，所述Μ个波位依次相邻;对Μ个波位的雷达回 波数据分别进行脉冲多普勒处理，得到Μ个波位的目标所在多普勒通道的数据。
[0019] 步骤2,根据Μ个波位的目标所在多普勒通道的数据，分别估计Μ个波位的协方差矩 阵 R1，···，!^，···，^。
[0020] 其中，第m个波位的协方差矩阵Rms:
[0022] 其中，￡「为Μ个波位的目标所在多普勒通道的数据中，第m个波位的目标所在多普 勒通道在第1个距离门的数据，<的维数为NX1，N为阵元数，m=l，2,…，M，M为波位的个数， 1 = 1，2，…，L，L为距离单元个数，1〇为目标所在的距离门，上标Η表示共辄转置。
[0023] 步骤3,根据第m个波位的协方差矩阵Rm，计算第m个波位的主波束权矢量旧，进而得 到所有Μ个波位的主波束权矢量W 1，…，Wm，…，WM;将所有Μ个波位的主波束权矢量进行组合， 得到主波束权矢量矩阵1，1=乜 &8{11，"_，？％"_，14;其中，虹&8{>}表示对角矩阵。
[0024]所述第m个波位的主波束权矢量，为：
[0026]其中，上标Η表示共辄转置，S为第
个波位的主波束导向矢量，其表达式为：
[0028] 其中，d为阵元间距，λ为波长，Θ为目标方位角，N为阵元数，上标T表示转置，「·]表 示向上取整。
[0029] 步骤4,根据主波束权矢量矩阵W，计算差波束的权矢量Wu。
[0030] 所述差波束的权矢量Wu，其表达式为：
[0032]
个波位的主波束导向矢量，u为目标方位