一種基于陣列重構(gòu)的分布式多載艦超視距雷達的doa估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及分布式多載艦超視距雷達的D0A估計方法;特別設(shè)及一種基于陣列重 構(gòu)的分布式多載艦超視距雷達的D0A估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 分布式多載艦雷達系統(tǒng)使用一發(fā)多收或多發(fā)多收的工作模式，每個子系統(tǒng)在主控 雷達的控制下將自身的位置信息、速度信息W及接收到的目標回波數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后發(fā)送給 中央處理機，再對總的信息進行相參處理和融合處理，最后得到目標的位置、速度和角度信 息。
[0003]目前對于均勻陣列的D0A(DirectionOfArrival)估計已經(jīng)有相對成熟的算法， 針對分布式雷達化imiller.R.C給出了處理相參信號的條件和陣列模型;Kailath和Wax針 對多子陣的系統(tǒng)，通過使用最大似然估計算法得到了克拉美羅限;B.Friedlander提出了將 圓形陣列變換到線性陣列的算法，用虛擬插值實現(xiàn)了從實際陣列到虛擬陣列的變換，然后 通過虛擬陣列的協(xié)方差矩陣用ROOT-MUSIC和ESPR口算法得到入射信號的方向。對分布式多 載艦超視距雷達的D0A估計已有的算法效果一般。
[0004]已有的超分辨算法主要用于單個艦船的均勻線陣，由于單個均勻線陣的天線孔徑 較小，因此角度分辨能力較差；當(dāng)多個艦船時，由于不同艦船的陣列分布任意且陣列是運動 的，因此已有的算法不能直接使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的超分辨算法在分布式多艦載超視距雷達系統(tǒng)中 對目標的角分辨能力差、W及不能適用于任意結(jié)構(gòu)陣列和運動陣列的問題，而提供一種基 于陣列重構(gòu)的分布式多艦載超視距雷達的D0A估計算法。
[0006]上述的發(fā)明目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] 步驟一、計算分布式多載艦雷達系統(tǒng)即Ξ子陣系統(tǒng)中各子陣速度Vs的范圍、Ξ子 陣的信號具有相關(guān)性時基線夾角最大值及確定Ξ子陣系統(tǒng)中的任意兩子陣間的初 始距離d，根據(jù)Vs的范圍確定Ξ子陣系統(tǒng)中子陣在調(diào)頻周期內(nèi)的行駛距離；
[0008]步驟二、在運動陣列滿足速度多普勒可重構(gòu)的條件下，確定Ξ子陣系統(tǒng)中子陣在 調(diào)頻周期內(nèi)的行駛距離與Ξ子陣系統(tǒng)中的任意兩子陣的間初始距離的和為dm;其中，Ξ子 陣的系統(tǒng)為Ξ艘艦船上接收雷達天線陣，Ξ子陣包括子陣1、子陣2和子陣3;
[0009] 步驟Ξ、根據(jù)Ξ子陣的系統(tǒng)中的任意兩子陣與目標兩條連線的夾角最大值 設(shè)置Ξ子陣的系統(tǒng)中的任意兩子陣與目標的兩條連線的夾角ΔΘ、根據(jù)dm確定艦船雷達發(fā) 射時目標估計角度最小均方根誤差RMSE小于0.1的載頻;其中，Δ目< ;陣列為艦船上 的雷達天線陣;dm的范圍為小于Ξ子陣系統(tǒng)中的子陣間的最大距離D;
[0010] 步驟四、根據(jù)Ξ子陣系統(tǒng)中的每個子陣滿足接收信號相干性W及步驟Ξ確定的最 小均方根誤差RMSE小于0.1的載頻，利用設(shè)置的夾角Δθ和Ξ子陣系統(tǒng)中的任意兩子陣的間 初始距離d計算得到虛擬陣列1、虛擬陣列2、虛擬陣列3和虛擬陣列4;
[0011] 步驟五、校正虛擬陣列1、虛擬陣列2、虛擬陣列3和虛擬陣列4中的虛擬陣元個數(shù)； 利用公式
；根據(jù)校正后的虛擬陣元個數(shù)計算目標估計角度 最小RMSE，根據(jù)目標估計角度最小RMSE計算得到最佳的虛擬陣元個數(shù);根據(jù)最佳的虛擬陣 元個數(shù)確定最佳的虛擬陣列;其中，巧(·)為真實角度，θι為估計角度;m為蒙特卡洛的次數(shù)，η 為蒙特卡洛的次數(shù)；
[0012] 步驟六、根據(jù)Ξ子陣的系統(tǒng)中任意一子陣的目標回波數(shù)據(jù)，利用基于預(yù)估計分段 虛擬插值的陣列重構(gòu)算法計算得到最佳虛擬陣列的非時變數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣；
[0013] 步驟屯、利用空間平滑的MUSIC算法計算步驟六得到的最佳虛擬陣列的非時變數(shù) 據(jù)協(xié)方差矩陣得至IjMUSIC空間譜，利用MUSIC空間譜根據(jù)Ξ子陣的系統(tǒng)對目標進行D0A估計 得到合成空間譜巧巧。
[0014]發(fā)明效果
[0015]本發(fā)明設(shè)及雷達系統(tǒng)仿真和陣列信號處理領(lǐng)域，具體是基于陣列和信號重構(gòu)的分 布式多艦載超視距雷達的D0A估計算法，本發(fā)明設(shè)及雷達系統(tǒng)仿真和陣列信號處理領(lǐng)域，主 要用于目標的角度估計。為了解決現(xiàn)有的方法對分布式多艦載雷達系統(tǒng)的目標角度分辨能 力差及不能適用于任意結(jié)構(gòu)和運動陣列的問題，本發(fā)明首先研究了分布式雷達系統(tǒng)陣列可 重構(gòu)的條件，并對各種因素對重構(gòu)結(jié)果的影響進行了仿真;然后根據(jù)實際陣列的基線位置、 基線夾角和子陣的距離得到MSE最小時的虛擬基線位置，并根據(jù)載頻和信噪比的變化得到 最佳的陣元個數(shù)范圍；最后歸納出基于預(yù)估計分段虛擬插值的陣列重構(gòu)算法，并對分布式 多載艦雷達系統(tǒng)中的目標進行D0A估計，得到了較好的分辨效果。
[0016]本發(fā)明主要研究了陣列可重構(gòu)的條件，并對影響陣列重構(gòu)結(jié)果的因素進行了研 究，得到任意的實際陣列轉(zhuǎn)化為虛擬陣列時虛擬基線和虛擬陣元個數(shù)的最佳選擇，最后對 目標進行D0A估計，從而提高目標估計的精度。當(dāng)Ξ個信源實際的方向為{-30°，-7°，25°} 時，通過算法仿真出的估計值為{-29.75° ,-7.06° ,25.07°}。
[0017]在分布式多載艦超視距雷達系統(tǒng)中歸納出陣列可重構(gòu)的條件，針對任意結(jié)構(gòu)和運 動的陣列能夠通過虛擬插值變換得到虛擬陣列，且能夠選擇出RMSE最小時的虛擬陣元數(shù)和 虛擬基線的位置，從而實現(xiàn)比較精確的角度分辨當(dāng)Ξ個信源實際的方向為{-30°，-7°，25°} 時，通過算法仿真出的估計值為{-29.75° ,-7.06° ,25.07°}。
【附圖說明】
[0018] 圖1為【具體實施方式】五提出的子陣最大間距示意圖；
[0019]圖2為【具體實施方式】一提出的子陣速度對D0A估計的影響示意圖；
[0020] 圖3為【具體實施方式】一提出的基線夾角對D0A估計的影響示意圖；
[0021] 圖4為【具體實施方式】一提出的載頻對虛擬陣元個數(shù)的影響示意圖；
[0022] 圖5為【具體實施方式】一提出的信噪比對虛擬陣元個數(shù)的影響示意圖；
[0023]圖6為實施例提出的基于預(yù)估計分段虛擬插值的空間平滑MUSIC估計示意圖；其 中，VIA為Vi;rtualImaginaiyArray虛擬陣元；
[0024] 圖7為實施例提出的均方根誤差隨信噪比變化曲線示意圖；
[0025] 圖8為實施例提出的均方根誤差隨干噪比變化曲線示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0026] 一:本實施方式的一種基于陣列重構(gòu)的分布式多載艦超視距雷達的 D0A估計方法，具體是按照W下步驟制備的：
[0027] 步驟一、計算分布式多載艦雷達系統(tǒng)即Ξ子陣系統(tǒng)中各子陣速度Vs的范圍、Ξ子 陣的信號具有相關(guān)性時基線夾角最大值及確定Ξ子陣系統(tǒng)中的任意兩子陣間的初 始距離d，根據(jù)Vs的范圍確定Ξ子陣系統(tǒng)中子陣在調(diào)頻周期內(nèi)的行駛距離；
[0028] 步驟二、在運動陣列滿足速度多普勒可重構(gòu)的條件下，確定Ξ子陣系統(tǒng)中子陣在 調(diào)頻周期內(nèi)的行駛距離與Ξ子陣系統(tǒng)中的任意兩子陣的間初始距離的和為dm如圖2;其中， Ξ子陣的系統(tǒng)為Ξ艘艦船上接收雷達天線陣，Ξ子陣包括子陣1、子陣2和子陣3;
[0029] 步驟Ξ、分析分布式多基地艦載超視距雷達重構(gòu)條件，根據(jù)Ξ子陣的系統(tǒng)中的任 意兩子陣與目標兩條連線的夾角最大值設(shè)置Ξ子陣的系統(tǒng)中的任意兩子陣與目標的 兩條連線的夾角Δ目、根據(jù)dm確定艦船雷達發(fā)射時目標估計角度最小均方根誤差RMSE小于 0.1的載頻；其中，ΔΘ<Δθη3χ;
[0030] 在Ξ子陣系統(tǒng)中設(shè)置Ξ子陣中每兩個子陣之間的夾角ΔΘ，具體設(shè)置方式為在ΔΘ <Δ0max范圍內(nèi)任意取值，利用ΔΘ用MUSIC算法對目標D0A估計如圖3 ;估計得到目標的角 度，當(dāng)設(shè)置的ΔΘ不同時，得到的目標角度相同。
[0031 ]陣列為艦船上的雷達天線陣；陣列包括運動陣列和靜止陣列；重構(gòu)結(jié)果越好RMSE越接近0;血的范圍為小于Ξ子陣系統(tǒng)中的子陣間的最大距離D;
[0032] 步驟四、根據(jù)Ξ子陣系統(tǒng)中的每個子陣滿足接收信號相干性W及步驟Ξ確定的最 小均方根誤差RMSE小于0.1的載頻，利用設(shè)置的夾角ΔΘ和Ξ子陣系統(tǒng)中的任意兩子陣的間 初始距離d計算得到虛擬陣列1、虛擬陣列2、虛擬陣列3和虛擬陣列4;
[0033] 步驟五、而運動陣列和大孔徑的虛擬陣列的結(jié)構(gòu)差異與虛擬陣元數(shù)有關(guān)，因此在 不同的載頻和信噪比的條件下如圖4;校正虛擬陣列1、虛擬陣列2、虛擬陣列3和虛擬陣列4 中的虛擬陣元個數(shù)(如圖4和圖5);利用公式
艮據(jù)校正后的 虛擬陣元個數(shù)計算目標估計角度最小MSE，根據(jù)目標估計角度最小RMSE計算得到最佳的虛 擬陣元個數(shù)；根據(jù)最佳的虛擬陣元個數(shù)確定最佳的虛擬陣列；其中，大孔徑具體為500~ 1000m;則*)為真實