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专利号: 2020114387621
申请人: 南京工业职业技术大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-07-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种调频步进雷达的和差单脉冲测角方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)获取调频步进雷达和差单脉冲测角的角敏函数;

2)测量目标距离像中幅度大、相距远互不干扰的若干强散射中心的角度;

3)对强散射中心的角度测量值进行加权平均,得到最终的目标角度。

2.根据权利要求1所述的一种调频步进雷达的和差单脉冲测角方法,其特征在于:所述步骤1)获取调频步进雷达和差单脉冲测角的角敏函数,具体为,

1‑1)设调频步进雷达发射由K个脉冲组成的频率步进线性调频相参脉冲串,即频率步进LFM相参脉冲串,脉冲宽度为T,脉冲重复周期为Tr,第1个脉冲的载频,即初始载频为f0,相邻两个脉冲的载频差,即频率步进量为Δf,设雷达发射的频率步进LFM相参脉冲串信号st(t)为,式中:t为时间,at为发射信号的幅度,rect(·)为矩形函数,当‑1/2≤t≤1/2时,rect2

(t)=1,否则rect(t)=0,u(·)为LFM脉冲信号,u(t)=exp(jπγt),‑T/2≤t≤T/2,γ=2

B/T为LFM脉冲信号的调频斜率,B为LFM脉冲信号的带宽,j为虚数单位,j=‑1;

1‑2)设调频步进雷达的天线阵是由N个阵元组成的均匀线阵,相邻两个阵元之间的间距为d,若在距离R0、角度θt处有一个静止点目标,雷达发射信号在传播过程中遇到该点目标会产生回波信号,该回波信号会被雷达天线阵接收到,则第n个阵元接收到的回波信号sr′n(t)为,

式中:ar为回波信号的幅度,t0=2R0/c为参考阵元接收到的回波信号的双程时延,c为光速,τn=ndsinθt/c为第n个阵元接收到的回波信号相对于参考阵元的时延,n=0,1,...,N‑1,

设第0号阵元为参考阵元,则τ0=0,对回波信号s′rn(t)进行混频处理,得到零中频信号srn(t),对于阵列孔径渡越时间τN‑1=(N‑1)dsinθt/c,当满足条件B<1/τN‑1时,式(3)可以表示为,

式中:λk为第k个脉冲的波长,λk=c/(f0+kΔf),k=0,1,...,K‑1,综合N个阵元上的回波信号,得到目标回波信号向量sr(t),式中: φtk=(2π/λk)dsinθt,上标T表示取转置;

1‑3)设对目标回波信号向量sr(t)进行和波束形成的导向向量aΣk、进行差波束形成的导向向量aΔk为,

aΣk=a0k⊙ωΣ,aΔk=a0k⊙ωΔ         (6)式中: φ0k=(2π/λk)dsinθ0,θ0为和波束形成的指向,ωΣ为和波束形成的窗函数,ωΔ为差波束形成的窗函数,⊙为Hadamard积,对式(5)的目标回波信号向量sr(t)进行和波束形成,得到和波束信号sΣ(t)为,式中:上标H表示取共轭转置,

对式(5)的目标回波信号向量sr(t)进行差波束形成,得到差波束信号sΔ(t)为,

1‑4)将式(7)的和波束信号sΣ(t)变换到频域,得到第一频谱信号SΣ(f),式中:f为频率, 为LFM信号的频谱,将式(8)的差波束信号sΔ(t)变换到频域,得到第二频谱信号SΔ(f),式中:

*

根据匹配滤波器理论,回波信号的匹配滤波器的频率响应函数为U (f),上标*表示取共轭,则式(9)的第一频谱信号经过匹配滤波器后输出为S′Σ(f),式中:a′r=ar/γ为匹配滤波器输出信号的幅度,式(10)的第二频谱信号经过匹配滤波器后输出为S′Δ(f),对式(11)执行傅里叶逆变换,实现分辨率为c/(2B)的距离粗分辨,得到第一信号s′Σ(t),

对式(12)执行傅里叶逆变换,实现分辨率为c/(2B)的距离粗分辨,得到第二信号s′Δ(t),

1‑5)为了实现分辨率为c/(2KΔf)的距离高分辨,在式(13)的每个距离粗分辨单元上分别执行傅里叶逆变换,得到目标所在单元的和波束高分辨距离像式中:θ=θt‑θ0为目标角度θt相对于阵列和波束指向θ0的偏差,在式(14)的每个距离粗分辨单元上分别执行傅里叶逆变换,得到目标所在单元的差波束高分辨距离像

1‑6)对于式(15)中的和波束高分辨距离像 和式(16)中的差波束高分辨距离像计算两者的比值,从而得到角敏函数χ(θ),

3.根据权利要求2所述的一种调频步进雷达的和差单脉冲测角方法,其特征在于:所述步骤2)测量目标的和波束高分辨距离像 中幅度大、相距远互不干扰的若干强散射中心的角度,具体为,

2‑1)经过距离粗分辨和高分辨处理,调频步进雷达在和波束、差波束两个通道上都得到了目标的高分辨距离像,然后对和波束通道的高分辨距离像进行目标检测,得到目标的多个强散射中心;

2‑2)在多个强散射中心处,分别计算差波束与和波束之比,并将它们与角敏函数进行比较,根据角敏函数与角度的关系,测量出目标方位角或者俯仰角相对于和波束指向的偏差,记为{θ1,θ2,…,θL},其中L为强散射中心的数量。

4.根据权利要求3所述的一种调频步进雷达的和差单脉冲测角方法,其特征在于:所述步骤3)对强散射中心的角度测量值进行加权平均,得到最终的目标角度,具体为,对角度偏差值{θ1,θ2,...,θL}进行加权平均,并与和波束指向θ0相加,从而得到目标的角度

式中: 为加权值,al为第l个强散射中心处的回波幅度,l=1,2,...,L。