[发明专利]基于干涉仪测向的LFMCW雷达多目标检测方法

权利要求书

1.一种基于干涉仪测向的LFMCW雷达多目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据雷达工作波段的波长、测向精度、通道间的相位差测量误差和测向角度范围，选定干涉仪阵元各个基线的长度；具体为:

步骤1-1、确定长基线长度；对于干涉仪测角基本公式如式(1)：

其中为两个阵元接收来波的相位差，D为基线长度，λ为发射信号的波长，θ为入射角度；将来波角度看作相位差的一个函数，对式(1)两边微分的得式(2)：

取为通道间测量相位差的误差，Δθ为相位差误差导致的测角误差；

由式(2)可将最长基线d_max设置为：

其中λ_max为发射信号的最大波长，θ_max为最大探测角度，d_max为系统所需的最长基线长度；

步骤1-2、确定短基线长度；由于实际系统的相位差测量范围为(-π,π]，由式(1)，当D＞λ/2时，系统测量的相位差会小于实际来波的相位差，即测量相位差存在模糊，导致测角结果不正确；再考虑存在通道间的测量相位差误差则最短基线长度d_min设置为：

其中λ_min为发射信号的最小波长；

步骤1-3、确定各个基线长度；取最短基线为虚基线，虚基线的长度满足步骤1-2里的短基线长度设置条件，其通道间通过频域鉴相得到的测量相位差ψ₁不会模糊，模糊倍数N₁为零，即和通道间的实际相位差相等，则有：

其中d₁为最短虚基线的长度；如果不考虑通道间的相位差测量误差，不模糊的短基线可以直接解任意长基线的模糊，解模糊公式如式(6)：

其中k＝2,3,4，k为基线序号；d_k为第k个基线长度；N_k为第k个基线相位差模糊倍数；ψ_k为第k个基线相位差测量值；

解模糊的公式如式(7)：

其中N'_k为考虑通道间的相位差测量误差时第k个基线相位差模糊倍数，化简式(7)得：

要保证解模糊结果正确，需满足以下关系：

设任意两个天线之间相位差测量误差的最大值每对接收通道间的相位差测量误差独立，则实基线的相位差测量误差最大值为虚基线的相位差测量误差最大值为可得会出现以下几种情况：

(1)实基线解实基线模糊倍数K₁需满足：由可得

(2)实基线解虚基线模糊倍数K₂需满足：由可得

(3)虚基线解实基线模糊倍数K₃需满足：由可得

(4)虚基线解虚基线模糊倍数K₄需满足：由可得

根据相位差测量误差来确定基线配置；选择3天线阵元，D₁，D₂分别是阵元1,2和阵元2,3的间距，则三个实基线分别为d₂＝D₁，d₃＝D₂，d₄＝D₂+D₁；虚基线为d₁＝D₂-D₁；最短虚基线需满足d₁＝D₂-D₁≤d_min；最长实基线需满足d₄＝D₂+D₁≥d_max；设D₁＝d₂＝md₁，则d₃＝(m+1)d₁，d₄＝(2m+1)d₁，根据以上要求计算出m值；如果m无解，则需要增加天线阵元个数，从而产生更多实基线和虚基线的长度组合来满足解模糊条件；

步骤2、雷达向空间发射对称三角LFMCW信号，三个阵元天线接收目标的回波信号；将接收的目标回波信号与发射端对称三角LFMCW信号进行混频，得到三个天线接收通道的差拍回波信号，包括上扫频差拍信号以及下扫频段差拍信号其中n为天线单元通道序号,n＝1,2,3；再经过A/D转换，得到三个通道的数字差拍信号；

步骤3、对三个通道的上下扫频数字差拍信号进行快速傅里叶变换得到上下扫频数字差拍信号的频谱，先对三个通道的频谱进行周期图积累，再对积累后的频谱进行恒虚警检测，得到上扫频过门限的谱峰为P_i⁺，频率值为f_i⁺，对应幅度为M表示上扫频段差拍信号频谱中过门限的谱峰个数；下扫频过门限的谱峰为频率值为对应幅度为N表示下扫频段差拍信号频谱中过门限的谱峰个数；在三个通道的差拍信号频谱中，记第n个通道上扫频频率值为f_i⁺的谱峰为下扫频频率值为谱峰记

步骤4、对于频率为f_i⁺，不同通道的谱峰利用频域鉴相方法，计算每个频率对应的不同天线接收通道间的相位差；利用短基线不模糊的相位差对长基线模糊的相位差进行解模糊，得到长基线不模糊的相位差值，再用长基线的相位差值得到该频率值对应谱峰的角度值

步骤5、对于积累后的差拍信号频谱，将上扫频谱峰P_i⁺与下扫频谱峰两两配对，得到M×N个配对结果形成谱峰配对矩阵，计算出矩阵内每对谱峰的方位向角度差Δθ_ij和归一化幅度差

步骤6、利用角度差对矩阵进行第一轮筛选，将角度差满足要求的谱峰对保留，不满足要求的谱峰对删除，在矩阵内剩余的谱峰对中，如果有谱峰对在所在行和所在列是唯一留下的谱峰对，则该谱峰对被视为一个有效配对，同时删除矩阵的该行和该列；利用多普勒频率范围对矩阵进行第二轮筛选，求解出系统测速范围对应的多普勒频率范围，同时求解出每个剩余谱峰对的多普勒频率，将在系统多普勒频率测量范围内的谱峰对保留，将不在系统多普勒频率测量范围内的谱峰对删除，在矩阵内剩余的谱峰对中，如果有谱峰对在所在行和所在列是唯一留下的谱峰对，则该谱峰对被视为一个有效配对，同时删除矩阵的该行和该列；最后用归一化幅度差对矩阵进行筛选，总目标的个数记为MAX[M,N]，计算出还未检测出的目标数量；将剩余谱峰对按照归一化幅度差升序排列，在排列中按归一化幅度差由小到大的顺序取出未检测出目标数量的谱峰对，将其作为有效配对；

步骤7、对于完成有效配对的谱峰，根据每对谱峰的上下扫频差拍频率值，计算得到目标的距离值和速度值。