專(zhuān)利名稱(chēng)：平面相控陣自適應(yīng)的和差測(cè)角方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陣列信號(hào)處理領(lǐng)域，涉及平面陣的和差測(cè)角方法，可用于存在主瓣干擾時(shí)，實(shí)現(xiàn)相控陣自適應(yīng)抗干擾輸出和目標(biāo)波達(dá)方向的準(zhǔn)確估計(jì)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。
背景技術(shù)：
“和差測(cè)角”是一種利用差波束與和波束之比得到鑒角曲線，根據(jù)鑒角曲線的斜率對(duì)目標(biāo)進(jìn)行角度估計(jì)的方法，被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、測(cè)控、導(dǎo)航、通信、電子偵察等相控陣系統(tǒng)中，以測(cè)量輻射源波達(dá)方向。由于電磁環(huán)境的日益復(fù)雜和敵對(duì)人為干擾的日益增多，抗干擾成為信號(hào)處理的必備要求之一。在平面相控陣系統(tǒng)中，自適應(yīng)信號(hào)處理可以有效抑制干擾， 根據(jù)采樣數(shù)據(jù)自適應(yīng)調(diào)整波束形成權(quán)值，使得方向圖凹口自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)干擾的來(lái)波方向以實(shí)現(xiàn)抗干擾的目的，但不能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行角度估計(jì)。然而，將自適應(yīng)波束形成處理用于傳統(tǒng)和差測(cè)角方法中，會(huì)使方向圖出現(xiàn)主瓣畸變和旁瓣抬高，從而導(dǎo)致自適應(yīng)差波束與和波束之比的斜率與靜態(tài)差比和的斜率有大的偏差，最終導(dǎo)致和差測(cè)角誤差增大甚至失效。因此，在有干擾的情況下，利用相控陣實(shí)現(xiàn)干擾抑制的同時(shí)完成目標(biāo)波達(dá)方向的準(zhǔn)確估計(jì)成為人們關(guān)注白勺^^ ； ^^ ο目前，已有的相控陣自適應(yīng)和差測(cè)角方法主要針對(duì)旁瓣干擾，大致可以分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是和差波束預(yù)置零陷技術(shù)，即根據(jù)估計(jì)的干擾方向，對(duì)和差波束在干擾方向同時(shí)置零，這種方法的自適應(yīng)干擾抑制性能取決于干擾估計(jì)方向的準(zhǔn)確性，需要預(yù)先對(duì)干擾的方向進(jìn)行精確估計(jì)；另一類(lèi)是自適應(yīng)和差校正技術(shù)，利用自適應(yīng)和差1階Taylor展開(kāi)表達(dá)式， 得到相控陣自適應(yīng)差比和的校正公式，根據(jù)校正公式計(jì)算偏角，得到目標(biāo)角度。在陣列接收信號(hào)存在主瓣干擾時(shí)，利用上述這兩種方法存在以下缺點(diǎn)(1)由于干擾與信號(hào)空域區(qū)分度小，導(dǎo)致干擾抑制的同時(shí)目標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的衰減，信干噪比改善較小，抑制主瓣干擾的效果不明顯，不能進(jìn)一步用于目標(biāo)角度估計(jì)；(2)由于方向圖主瓣開(kāi)裂，和差波束的方向圖產(chǎn)生較大的畸變，在主瓣內(nèi)不再滿(mǎn)足線性關(guān)系，鑒角曲線嚴(yán)重偏離理想曲線，鑒角曲線的斜率與理想斜率相差較大，導(dǎo)致計(jì)算出偏角較大，造成所測(cè)目標(biāo)角度的誤差增大，甚至嚴(yán)重偏離真實(shí)目標(biāo)角度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有方法的不足，提出了一種平面相控陣自適應(yīng)的和差測(cè)角方法，以減小目標(biāo)角度的誤差，實(shí)現(xiàn)在抑制主瓣干擾的同時(shí)，估計(jì)出目標(biāo)的方位。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是，首先在方位維采用自適應(yīng)干擾抑制后，在俯仰維采用普通和差測(cè)角技術(shù)估計(jì)出俯仰偏角，然后在俯仰維采用自適應(yīng)干擾抑制后，在方位維采用普通和差測(cè)角技術(shù)估計(jì)出方位偏角，最后根據(jù)估計(jì)出的目標(biāo)來(lái)波方向，采用自適應(yīng)波束形成方法，增強(qiáng)目標(biāo)信號(hào)，得到抑制主瓣干擾的輸出信號(hào)。具體步驟包括如下(1)采用子空間投影的SMI自適應(yīng)處理方法從MXN個(gè)陣元平面陣接收的數(shù)據(jù)中獲得M個(gè)X方向自適應(yīng)權(quán)矢量，并將該自適應(yīng)權(quán)矢量用于波束形成，得到M個(gè)輸出信號(hào)；
(2)采用對(duì)稱(chēng)取反的和差波束形成方法，從M個(gè)輸出信號(hào)中獲得和波束Σ ,與差波束，得到差波束與和波束之比，利用差波束與和波束之比估計(jì)出目標(biāo)俯仰偏角
ΑΘ = arcsin
arctan
2Λ
πΜ
，并根據(jù)該俯仰偏角計(jì)算目標(biāo)俯仰角θτ= Θβ+Δ Θ，其
y J
中arcSin(·)表示反余弦函數(shù)，arctan(·)表示反正切函數(shù)，λ為目標(biāo)信號(hào)的載波波長(zhǎng)， Dy為陣元在Y方向上的間距，M為平面陣列的行數(shù)，θ Β為波束指向的俯仰角；(3)采用子空間投影的SMI自適應(yīng)處理方法從矩形平面陣的接收數(shù)據(jù)中獲得N個(gè) Y方向自適應(yīng)權(quán)矢量，并將該自適應(yīng)權(quán)矢量用于波束形成，得到N個(gè)輸出信號(hào)；(4)采用對(duì)稱(chēng)取反的和差波束形成方法，從N個(gè)輸出信號(hào)中獲得和波束Σ ,與差波束Δχ，得到差波束與和波束之比，利用差波束與和波束之比估計(jì)出目標(biāo)方位偏角
(2ΛarcsinarctanχV^NDx)
，并根據(jù)該方位偏角計(jì)算目標(biāo)方位角
其中Dx
φτ =φΒ+^φ
為陣元在X方向上的間距，N為平面陣列的列數(shù)，％為波束指向的方位角；(5)利用步驟(2)和步驟中估計(jì)出的俯仰角方位角件，以及全陣元接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣 ，采用子空間投影SMI算法，獲得全陣元自適應(yīng)權(quán)矢量
終，件)，其中(·Γ表示對(duì)矩陣求逆，~(氏,件)為子空間投影導(dǎo)向矢量，將該自適應(yīng)權(quán)矢量用于波束形成，得到抑制干擾的輸出信號(hào)>^) = w^X(i)，x(t)為陣列的接收數(shù)據(jù)矢量，(· )H表示矩陣共軛轉(zhuǎn)置。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明由于在X方向進(jìn)行自適應(yīng)處理，在Y方向進(jìn)行和差波束形成，保持了 Y 方向的差波束與和波束的比不變，同時(shí)由于在Y方向進(jìn)行自適應(yīng)處理，在X方向進(jìn)行和差波束形成，保持了 X方向的差波束與和波束的比不變，提高了測(cè)角精度；(2)本發(fā)明根據(jù)估計(jì)出的目標(biāo)方位角與俯仰角，利用全陣元接收數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)處理，進(jìn)一步增強(qiáng)了目標(biāo)信號(hào)，提高了抗主瓣干擾性能。


圖1是本發(fā)明的流程圖；圖2是本發(fā)明在X方向和Y方向分別進(jìn)行自適應(yīng)處理和普通波束形成的示意圖；圖3是本發(fā)明在Y方向和X方向分別進(jìn)行自適應(yīng)處理和普通波束形成的示意圖；圖4是本發(fā)明的平面陣坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖和陣元排布及子陣劃分圖；圖5是本發(fā)明在X方向和Y方向分別進(jìn)行自適應(yīng)處理和普通波束形成的仿真圖；圖6是本發(fā)明在Y方向和X方向分別進(jìn)行自適應(yīng)處理和普通波束形成的仿真圖；圖7是本發(fā)明的信干噪比改善曲線圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的步驟如下步驟1對(duì)各行陣元的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)波束形成，其輸出在Y方向形成等效線陣。
參照?qǐng)D2，本步驟具體實(shí)現(xiàn)如下(Ia)將平面陣中各行陣元的接收數(shù)據(jù)分別記為^^^，其中！^二丨二，…^，先固 Sk= 1，表示對(duì)第1行接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再利用1 次不同時(shí)刻的采樣值，估計(jì)行陣元
的接收數(shù)據(jù)Xr ka)的協(xié)方差矩陣丸
權(quán)利要求
1. 一種平面相控陣自適應(yīng)的和差測(cè)角方法，包括如下步驟(1)采用子空間投影的SMI自適應(yīng)處理方法從MXN個(gè)陣元平面陣接收的數(shù)據(jù)中獲得M 個(gè)X方向自適應(yīng)權(quán)矢量，并將該自適應(yīng)權(quán)矢量用于波束形成，得到M個(gè)輸出信號(hào)；(2)采用對(duì)稱(chēng)取反的和差波束形成方法，從M個(gè)輸出信號(hào)中獲得和波束Σy與差波束，得到差波束與和波束之比，利用差波束與和波束之比估計(jì)出目標(biāo)俯仰偏角
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面相控陣自適應(yīng)的和差測(cè)角方法，其中步驟(1)所述的采用子空間投影的SMI自適應(yīng)處理方法從接收數(shù)據(jù)中獲得M個(gè)X方向自適應(yīng)權(quán)矢量，按如下步驟進(jìn)行(Ia)將平面陣中各行陣元的接收數(shù)據(jù)分別記為Xot(t)，其中k= 1，2，..^，先固定讓 =1，即表示對(duì)第1行陣元的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，利用1 次不同時(shí)刻的采樣值，估計(jì)Xu(t)的協(xié)方差矩陣 At (OxMO，其中 K= 128,^,(^),1 = 1，2，···，K表示行
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面相控陣自適應(yīng)的和差測(cè)角方法，其中步驟C3)所述的采用子空間投影的SMI自適應(yīng)處理方法從矩形平面陣的接收數(shù)據(jù)中獲得N個(gè)Y方向自適應(yīng)權(quán)矢量，按如下步驟進(jìn)行(3a)將平面陣中各列陣元的接收數(shù)據(jù)分別記為x。k(t)，k= 1，2，...隊(duì)先固定1^=1， 表示對(duì)第1列陣元接收數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，利用1 次不同時(shí)刻的采樣值，估計(jì)χ。k(t)的協(xié)方差矩陣 A t =去 IX ,(Ox". (O，其中 K = 128，XckUi) ,i = 1,2,...，K 表示列陣元在— Λ i=l ---不同時(shí)刻的采樣值；(3b)對(duì)列陣元協(xié)方差矩陣 "做特征分解，將其分解為特征值和特征向量的乘累加M形式，并將特征值按從大到小進(jìn)行排列，即良―^ΣΛ—O，其中Xi。k，i = 1，i=l2，. . .，M為列陣元協(xié)方差矩陣^eit的特征值，Vick, i = 1,2,... ,M是與特征值λ i。k，i = 1，2，...，M相對(duì)應(yīng)的特征向量；(3c)列陣元協(xié)方差矩陣^^ 個(gè)特征值Xi。k，i = 1，2，...，M滿(mǎn)足從大到小的排列順序，即λ10 > λ20 >··> λΜΟ ，用前L個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量構(gòu)成列陣元信號(hào)特征向量矩陣Es—。—k = [Vl—?！猭…k]M>a，用剩余的M-L個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量構(gòu)成列陣元噪聲特征向量矩陣為En—?！猭 = [ν (L+l)_c_k"* VN_c_kJMX (M-L)；(3d)利用列導(dǎo)向矢量與列陣元信號(hào)特征向量矩陣Es。k，獲得子空間投影導(dǎo)向矢量t=φΒ)；(3e)利用子空間投影導(dǎo)向矢量ae—與列陣元協(xié)方差矩陣良―t，采用SMI方法獲得各列自適應(yīng)權(quán)向量wc—_；(3f)令k = k+1，表示對(duì)下一列陣元的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，循環(huán)執(zhí)行上述步驟(3a) (3f)，直到k = N，停止循環(huán)，獲得N個(gè)行陣元自適應(yīng)權(quán)矢量wc_kopt, k = 1,2, ... ,M0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面相控陣自適應(yīng)的和差測(cè)角方法，其中步驟( 所述的采用子空間投影SMI算法獲得全陣元自適應(yīng)權(quán)矢量，按如下步驟進(jìn)行(5a)利用權(quán)利要求1中步驟(1)估計(jì)出的俯仰角θ τ和權(quán)利要求1中步驟(2)估計(jì)出的方位角件，得到全陣導(dǎo)向矢量a(氏,件)如下
全文摘要
本方法公開(kāi)了一種平面相控陣自適應(yīng)的和差測(cè)角方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)在抑制主瓣干擾的同時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確的估計(jì)目標(biāo)角度的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程為對(duì)各行陣元的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)波束形成，其輸出在Y方向形成等效線陣，采用對(duì)稱(chēng)取反的和差波束形成，估計(jì)目標(biāo)俯仰角θT；對(duì)各列陣元的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)波束形成，其輸出在X方向形成等效線陣，采用對(duì)稱(chēng)取反的和差波束形成，估計(jì)目標(biāo)方位角利用俯仰角θT和方位角采用子空間投影SMI算法對(duì)全陣元接收數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)波束形成，獲得抑制主瓣干擾的輸出信號(hào)。本發(fā)明具有抑制主瓣干擾較好、和差波束測(cè)角準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，可用于存在主瓣干擾情況下，估計(jì)目標(biāo)的角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤。
文檔編號(hào)G01S13/58GK102565790SQ20121000044
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月2日
發(fā)明者何學(xué)輝, 周志偉, 孔永飛, 廖桂生, 曾操, 談維林, 陶海紅 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)