[发明专利]米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法有效

专利信息
申请号: 201610817425.0 申请日: 2016-09-12
公开(公告)号: CN106646346B 公开(公告)日: 2019-02-19
发明(设计)人: 赵永波;王海同;何学辉;刘宏伟;苏洪涛 申请(专利权)人: 西安电子科技大学
主分类号: G01S3/14 分类号: G01S3/14;G01S7/41;G01S13/02
代理公司: 陕西电子工业专利中心 61205 代理人: 田文英;王品华
地址: 710071 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要: 发明公开一种米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法,该方法包括如下步骤:(1)确定仰角测量的左、右波束指向;(2)确定仰角测量的中心指向;(3)确定凹口区间;(4)计算特征值对应的特征矢量;(5)构成信号子空间;(6)确定加权值;(7)建立鉴角曲线;(8)确定接收信号内目标的仰角值。本发明可用于米波雷达存在多径反射信号的干扰时,对高仰角目标的仰角进行测量。本发明提高了米波雷达存在多径反射信号时,对高仰角目标的仰角测量精度。
搜索关键词: 雷达 有多径 反射 仰角 目标 测量方法
【主权项】:
1.一种米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法,包括如下步骤:(1)确定仰角测量的左、右波束指向:(1a)在有多径反射时,米波雷达发射脉冲中任意选定两个相互交叠的波束;(1b)将左边的波束作为仰角测量的左波束,右边的波束作为仰角测量的右波束,将仰角测量的左波束的指向作为仰角测量的左波束指向,仰角测量的右波束的指向作为仰角测量的右波束指向;(2)确定仰角测量的中心指向:将仰角测量的左波束与右波束交叠位置的指向作为仰角测量的中心指向;(3)确定凹口区间:按照下式,确定仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间:其中,D表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间,θL表示仰角测量的左波束指向,θR表示仰角测量的右波束指向,Δ表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间大小的二分之一;(4)计算特征值对应的特征矢量:(4a)按照导向矢量公式,计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量;(4b)按照自相关矩阵公式,计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵;(4c)按照特征矢量公式,计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的特征值及该特征值对应的特征矢量;(5)构成信号子空间:将仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的所有特征值从大到小排序,选取排序后的特征值中的前m个特征值所对应的特征矢量,m的取值取决于雷达的工作环境,将所选取特征矢量组成信号子空间;(6)确定加权值:按照下式,计算仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值:w1=[I‑G*(GH*G)‑1*GH]*w3w2=[I‑G*(GH*G)‑1*GH]*w4其中,w1、w2分别表示仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值,I表示单位矩阵,G表示信号子空间,*表示矩阵相乘操作,H表示共轭转置操作,(·)‑1表示矩阵求逆操作,w3、w4分别表示采用传统比幅单脉冲测角方法确定的仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值;(7)建立鉴角曲线:(7a)在有多径反射时,米波雷达发射脉冲中任意选定两个相互交叠的波束,将该交叠位置的指向作为仰角测量的中心指向,取一段以仰角测量的中心指向为中心的区间作为鉴角曲线上仰角测量区间;(7b)按照导向矢量公式,计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量;(7c)按照加权求和公式,计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的左、右加权求和值;(7d)按照下式,计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的比值:其中,fk表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的比值,pk1、pk2分别表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的左、右加权求和值;(7e)连接鉴角曲线上仰角测量区间内上所有的导向矢量的比值,得到鉴角曲线;(8)确定接收信号内目标的仰角值:(8a)按照加权求和公式,计算在有多径反射时,米波雷达接收信号的左、右加权求和值;(8b)按照下式,计算接收信号内目标的比值:其中,g表示接收信号内目标的比值,q1、q2分别表示在有多径反射时,米波雷达接收信号的左、右加权求和值;(8c)按照下式,计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的比值与接收信号内目标的比值的差值:ck=|fk‑g|其中,ck表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的比值与接收信号内目标的比值的差值,|·|表示取绝对值操作,fk表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的比值,g表示接收信号内目标的比值;(8d)取鉴角曲线上仰角测量区间上所有的导向矢量的比值与接收信号内目标的比值的差值中最小的差值,将该差值对应的导向矢量的仰角值作为在有多径反射时,米波雷达接收信号内目标的仰角值。
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  • 周成伟;樊星;史治国;陈积明 - 浙江大学
  • 2017-05-03 - 2019-07-23 - G01S3/14
  • 本发明公开了一种基于内插虚拟阵列协方差矩阵Toeplitz化重建的互质阵列波达方向估计方法,主要解决现有技术中虚拟阵列的非均匀性所导致的信息损失问题。其实现步骤是:接收端架构互质阵列;利用互质阵列接收入射信号并建模;计算互质阵列接收信号所对应的等价虚拟信号;构造内插虚拟阵列并建模;构造内插虚拟阵列的多采样快拍信号及其采样协方差矩阵;构造投影矩阵并定义与该投影矩阵相关的投影运算;根据原始虚拟阵列中的全部信息构建参考协方差矩阵,设计基于内插虚拟阵列协方差矩阵Toeplitz化重建的优化问题并求解;根据重建的内插虚拟阵列协方差矩阵进行波达方向估计。本发明提高了信号波达方向估计的自由度及分辨率,可用于无源定位和目标探测。
  • 一种基于定向天线和频率编码的定位装置及其工作方法-201610900765.X
  • 吴风松;叶松;彭娜 - 成都信息工程大学
  • 2016-10-17 - 2019-07-16 - G01S3/14
  • 本发明提供了一种基于定向天线和频率编码的定位装置及其工作方法。该装置由主频率发射终端和显示终端组成。所述主频率终端发射的不同编码频率信号,显示终端接收频率信号,由指南针设备配合进行定向,根据显示终端接收到的信号判断指示终端相对主频率发射终端的地理位置。本发明基于定向天线和频率编码,可以在没有卫星定位信号和移动数据网络的环境下实现定向定位,而且根据定向天线的精度和发射的编码频率不同可以实现较高的定向定位精度。
  • 一种基于相控阵技术的六边形阵列DOA估计算法-201710945042.6
  • 张涛 - 天津津航计算技术研究所
  • 2017-10-12 - 2019-07-02 - G01S3/14
  • 本发明属于信号与信息处理技术领域,具体涉及一种能够对高速移动目标与地面测控站之间的角度进行测量的,基于相控阵技术的六边形阵列DOA估计算法。本发明通过对每个相控阵小阵进行馈相,来调整不同的相控阵指向的角度,利用各个小阵之间的相位差的变化,来进行角度的计算。本发明技术方案的核心算法包括:(1)考虑到不同小阵在馈相变化时所产生的相位中心抖动;(2)对系统在不同温度下产生的相位变化进行实时估算;(3)利用天线的六边形阵列排布,对DOA算法进行优化。采用本发明的技术方案,能够增加对于移动目标进行角度估算的精度。
  • 确定卫星数字波束天线来波方向的方法及装置-201611084735.2
  • 桑峰;张宏伟;杨勇;张坤;王珏;朱维;王金华 - 上海卫星工程研究所
  • 2016-11-30 - 2019-06-28 - G01S3/14
  • 本发明提供了一种确定卫星数字波束天线来波方向的方法及装置,该方法包括以下步骤:使用北斗/GPS终端获取地心大地坐标系中信号源和数字波束天线的位置坐标;将信号源和数字波束天线在地心大地坐标系的位置坐标转换为地心空间直角坐标系中的位置坐标;将地心空间直角坐标系中的位置矢量转换为站心地平坐标系中的位置矢量;将位置矢量转换为站心地平坐标系中的来波方向角;使用经纬仪获取数字波束天线相对于站心地平坐标系的俯仰角和方位角;得出数字波束天线DOA模块的角估计误差,来判断数字波束天线DOA模块的估计来波方向角是否准确。本发明实现了在外场条件卫星数字波束天线来波快速、准确确定,提高了测试有效性和灵活性。
  • 基于电磁矢量传感器互质阵列相干信号到达角估计方法-201910139419.8
  • 王兰美;王欢;褚安亮;王桂宝;廖桂生;孙长征 - 西安电子科技大学;陕西理工大学
  • 2019-02-25 - 2019-06-18 - G01S3/14
  • 本发明提出了一种电磁矢量传感器互质阵列相干信号到达角估计方法,主要解决现有方法中互质阵的虚拟阵列存在孔洞所导致的信息损失问题以及相干信源的估计;构造电磁矢量传感器互质阵列作为接收阵列;将电磁矢量传感器互质阵列接收数据分成6个子阵数据,子阵数据协方差矩阵矢量化和去冗余;通过填充阵元构造均匀子阵虚拟阵列的接收数据;求解均匀子阵虚拟阵列接收信号的Toeplitz协方差矩阵;通过算数平均得到解相干后的满秩Toeplitz矩阵并进行特征分解,利用MUSIC方法实现信号的到达角估计;本发明方法能够在信号源个数大于物理阵元个数的情况下实现相干信号的到达角估计,提高了到达角的估计精度和估计个数。
  • 基于张量分解的非正交波形MIMO雷达DOA估算方法及设备-201910192192.3
  • 丁瑞博;文方青;阮宁君 - 长江大学
  • 2019-03-14 - 2019-06-18 - G01S3/14
  • 本发明实施例提供了一种基于张量分解的非正交波形MIMO雷达DOA估算方法及设备。所述方法包括:根据接收方向矩阵得到接收信号的互协方差矩阵估计值,将所述互协方差矩阵估计值重新排列,得到互协方差矩阵估计值的张量表示形式,采用交替最小二乘法,拟合得到接收导引矢量的估计值;根据所述接收导引矢量的估计值,采用最小二乘法,得到MIMO雷达DOA估算值;其中,DOA为MIMO雷达的波达角,所述接收方向矩阵包含所述接收导引矢量。本发明实施例提供的基于张量分解的非正交波形MIMO雷达DOA估算方法及设备,可以在对信号仅仅进行估计的前提下,以较少的计算量获得MIMO雷达的波达角DOA。
  • 基于内插虚拟阵列信号原子范数最小化的互质阵列波达方向估计方法-201710302914.7
  • 周成伟;樊星;史治国;陈积明 - 浙江大学
  • 2017-05-03 - 2019-06-18 - G01S3/14
  • 本发明公开了一种基于内插虚拟阵列信号原子范数最小化的互质阵列波达方向估计方法,主要解决现有技术中虚拟阵列的非均匀性所导致的信息损失问题。其实现步骤是:接收端架构互质阵列;利用互质阵列接收入射信号并建模;计算互质阵列接收信号所对应的等价虚拟信号;构造内插虚拟阵列并建模;构造内插虚拟阵列的多采样快拍信号及其采样协方差矩阵;构造投影矩阵并定义与该投影矩阵相关的投影运算;设计基于内插虚拟阵列信号原子范数最小化的优化问题并求解;根据重建的内插虚拟阵列协方差矩阵进行波达方向估计。本发明提高了波达方向估计的自由度及分辨率,可用于无源定位和目标探测。
  • 水下一维DOA估计方法和装置-201910131476.1
  • 宁更新;周镓杰;景广豫;冯义志;张军;杨萃 - 华南理工大学
  • 2019-02-22 - 2019-06-14 - G01S3/14
  • 本发明公开了一种基于非圆信号和T型正交非均匀线阵的水下一维DOA估计方法和装置,考虑信源声波在正交线阵中入射角的数学关系,在估计方法中加入两条阵列的参数关系消除波长不稳定,即水下声速不稳定的影响,通过消除声速偏差使得估计的精确度更高,在未知声速环境中进行DOA估计时更具优势。本发明估计方法结合非均匀阵列和非圆信号,同时利用了非均匀阵列能提高估计方法的侧向精度和抗模糊性,以及非圆信号间接增加可处理的虚拟阵元个数的优点,加入包含预估计方位角信息的相位补偿逆矩阵进行估计,对一维ESPRIT算法的DOA估计性能有进一步的提升。
  • 一种基于任意阵列的太赫兹宽空域无源测向方法-201910134126.0
  • 陈良兵;王玉皞;周辉林 - 南昌大学
  • 2019-02-22 - 2019-06-14 - G01S3/14
  • 本发明公开了一种基于任意阵列的太赫兹宽空域无源测向方法,包括以下步骤:随机产生阵列,并记录天线位置;根据天线位置计算空间采样频率向量;计算所有天线的相关输出向量;将辐射源的辐射空间范围进行离散化处理;构建压缩感知测量方程;凸优化重构获得太赫兹辐射源空间角度。本发明基于太赫兹辐射源空域稀疏特性,应用压缩感知原理进行阵列信号处理,可采用任意阵实现对太赫兹辐射源的宽空域测向,不要求最小天线间距小于半波长,对阵列排列也没有要求,较好地解决了因太赫兹波长太短导致的宽空域测向问题。
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