基于对角差信号的单脉冲雷达二维角估计新方法

传统单脉冲雷达具有方位、俯仰二维角度的测量能力,其角度分辨率取决于天线波束宽度,对主波束宽度内的双/多目标不具备分辨能力。为了提高传统单脉冲雷达测角分辨能力,提出一种新的单脉冲雷达系统结构,巧妙地提取和利用了雷达对角线差通道的接收信号,通过建立新的雷达观测方程,提出了四通道单脉冲联合测角新方法,一次脉冲测量即可同时获得两个目标的角度信息,推导了二维单脉冲角估计的解析表达式。新方法计算量少,工程易实现,可使单脉冲雷达的角度分辨率至少达到波束宽度的三分之一,显著提高了单脉冲雷达的角度分辨能力。在不同信噪比和两目标回波功率比条件下,对新方法进行了仿真分析,验证了方法的有效性。     

宽带单脉冲跟踪雷达的最大熵测角新方法

为抑制单脉冲雷达的测角闪烁,本文提出宽带单脉冲跟踪雷达的最大熵测角新方法.文中分析了由于差波束方向图调制引起的回波谱展宽现象,证明了目标角运动中心与谱展宽程度和波形熵之间的关系,提出基于最大波形熵搜索的目标角度估计方法,并给出了改进的最大熵测角步骤以降低计算量.与现有的高分辨体制下的角度估计方法相比,本方法具有更强的角闪烁抑制能力.仿真结果说明了本方法的有效性.     

基于极大似然估计的高分辨雷达测角方法

研究了高分辨雷达的测角方法:在介绍单脉冲测角原理的基础上,建立了宽带高分辨雷达角度估计模型,推导了目标偏角与回波信号的联合概率密度函数;提出了基于极大似然估计的宽带雷达测角方法,通过采用迭代算法交替更新目标偏角和回波信号,实现了目标偏角和回波信号的联合估计,并给出了目标偏角估计精度的近似克拉美罗界。仿真比较了该方法与传统窄带雷达测角方法的估计性能,结果表明,本方法的测角精度优于传统窄带测角方法,且在信噪比一定的条件下目标距离单元数越多,测角的均方根误差越小。仿真验证了该角度估计方法是渐近无偏的,估计误差方差小于传统窄带测角方法,且随距离单元数增多而减小。     

平面阵约束自适应单脉冲测角算法

单脉冲测角技术原理简单且易于工程实现,被广泛应用于各类雷达系统中,但在近主瓣干扰环境下,采用常规自适应波束形成技术会导致单脉冲鉴角曲线产生畸变,严重影响雷达测角性能。针对此问题,本文提出一种适于二维面阵的约束自适应单脉冲测角方法,将多约束自适应方向图保形技术与广义单脉冲测角技术相结合,实现干扰环境下的目标角误差估计。仿真实验表明,该方法能够在抑制近主瓣干扰的同时,基本保持理想单脉冲鉴角曲线,大幅提升雷达在未知干扰环境下的角误差估计性能,从而实现目标稳定跟踪。     

面阵二维角度估计的RELAX算法

针对常规二维波达方向估计的高分辨算法的运算量大和稳健性差,将基于均匀线阵的RE-LAX算法拓展到均匀面阵中,得到了多快拍二维角度估计的二维RELAX（2-DRELAX）算法。对于常见的单目标存在地面反射多径的情况,将2-DRELAX算法进行简化,提出了一种基于行列合成处理和RELAX算法测角的双迭代方法。该方法由某个初始的二维角度出发,首先进行行列合成处理,将面阵接收的数据矩阵合成为行、列天线接收的数据矢量,然后由RELAX算法分别估计方位角和俯仰角,最后由估计的二维角度更新行列合成因子并进行行列合成,得到更精确的二维角度估计,如此迭代直至得到的二维角度满足给定的精度要求。该方法收敛速度快,无需特征值分解和多维搜索,对相关信号不需要解相关处理,具有较高的测角精度和分辨力。     

单脉冲前视成像多目标分辨算法

单脉冲前视成像技术通过单脉冲测角来提高角分辨率。但是当多个目标处于同一分辨单元时,单脉冲测角只能得到等效散射中心的角度,从而导致目标无法分辨,成像质量变差。针对该问题本文建立了关于多目标到达角的似然函数,通过求解似然函数极值来估计多目标的到达角,实现对目标的准确定位,从而进行准确能量投影。最后,通过仿真实验验证了该方法估计同一距离单元多目标到达角的有效性,实现了不同方位目标角度分辨,并将估计结果应用于前视成像仿真实验,有效改善了图像的质量。      

基于空时联合约束的机载雷达STAP单脉冲角度估计方法

对现有STAP(Space-Time Adaptive Processing)单脉冲角度估计方法存在单脉冲比失真及目标多普勒失配时角度估计性能严重下降的问题,本文从数学上分析了常规STAP单脉冲方法的失效机理,并基于机载雷达杂波的空时耦合特性,将差波束约束条件扩展到空时二维空间,提出了基于空时联合约束的STAP单脉冲角度估计方法,将单脉冲曲线延伸为单脉冲曲面,通过空时联合约束显著提高了目标角度估计的精度和稳健性.计算机仿真结果验证了本文方法的有效性.     

适用于任意阵列的多径信道二维方向角与相对时延的联合估计方法

在多径传输的情况下,经常需要估计各路径的二维波达方向角度及相对时延.本文给出了在信道冲激响应可以估计的前提下,一种基于波达方向矩阵法的二维方向角与相对时延的联合估计方法,该方法充分利用了已知的信号码形信息,给出了一种无需进行搜索的闭式解,与基于多维MUSIC或多维ESPRIT的方法相比,具有运算量小的优势.     

基于目标几何中心的高分辨雷达角跟踪方法

角闪烁背景下,雷达导引头在近距离跟踪阶段存在不能稳定跟踪,甚至不能精确跟踪的问题。基于高分辨技术的单脉冲测角方法是抑制角闪烁、提高角跟踪性能的有效途径。现有研究采用幅度加权的思路,在对目标角度的估计过程中只利用了目标多个散射点的幅度信息。对于雷达目标的角度估计和角度跟踪而言,目标几何中心具有确切的物理意义。在距离高分辨条件下,散射点的距离信息表征了目标散射点在径向上的分布情况,对目标几何中心的角度估计更具有实际意义。因此,充分利用高分辨雷达所能提供的有效目标信息,提出了基于目标几何中心的角信息处理方法。仿真结果表明,该方法不仅能有效抑制角闪烁,而且具有更好的跟踪准确性和稳定性。     

主瓣干扰下单脉冲测角技术研究

针对二维数字阵列雷达在主瓣干扰下的测角问题,给出了四通道单脉冲测角方法。相对传统数字阵列雷达的三通道测角方法,增加一个双差通道,应用主瓣干扰对消技术,在方位和俯仰方向上分别形成和差波束,然后利用单脉冲技术测角。形成的和差波束在干扰方向形成零陷,同时保持原来的单脉冲比。仿真结果显示,该技术可以在抑制主瓣干扰的同时保持较高的测角精度,且测角精度与信噪比、目标和干扰方向有关。     

线性约束自适应单脉冲测角算法约束条件研究

介绍平面阵线性约束自适应单脉冲测角算法原理。分析了选取约束条件的方法。最后给出一种提高线性约束自适应单脉冲测角算法性能的途径。     

基于协方差矩阵双层重构的稳健自适应单脉冲测角

常规自适应单脉冲方法在主瓣干扰下会引起自适应波束形成性能恶化并导致其单脉冲比曲线严重失真,影响被动雷达的测角精度与跟踪性能。针对此问题,提出了一种适用于平面阵的基于协方差矩阵双层重构的稳健自适应单脉冲测角方法。首先,利用Capon功率谱通过稀疏重构法初步估计出干扰加噪声协方差矩阵,通过干扰导向矢量估计完成对协方差矩阵的优化校正以提高自适应波束形成性能;然后,基于线性约束最小方差（Linearly Constrained Minimum Variance,LCMV）准则对方位角和俯仰角进行联合线性约束以避免单脉冲比曲线在主瓣干扰下严重失真;最后,根据自适应单脉冲比值求出目标与波束指向之间的偏转角以实现目标测角。与常规方法相比,所提方法在干扰抑制能力与测角精度上都有显著提升。     

二维相干信号波达方向判断空间平滑算法

波达方向估计是智能天线的重要功能之一,对于相干信号角度模糊问题通常严重影响了方向判断的精准度.文中根据一维空间平滑基本理论和算法,对二维六边形阵列相干信号MUSIC算法波达方向估计问题进行了理论分析和仿真实验,提出了平面六边形阵列到十字形阵列的变换方法,成功地把一维平滑技术应用到平面六边形阵列,仿真表明,这种变换可以有效地消除相干信号的角度模糊问题.     

Study on monopulse angle measurement method based on virtual polarization matching

A monopulse angle measurement method for polarization array radar is studied in this paper. The receiving signal model is established and then a monopulse angle measurement method based on virtual polarization matching is proposed. To analyze the estimation performance, the Cramer-Rao Lower Bound （CRLB） of angle estimation is derived. Both theoretical analysis and simulation show that： firstly, the proposed method is superior to the traditional angle measurement methods based on the single polarization. Secondly, the performance of the new method is unrelated to the echo polarization. Thirdly, angle estimation of this method is asymptotically optimal. The results show that this method has great potential to be used in polarization array radar.     

基于MIMO技术的二维波达方向估计

传统的L型阵相比面阵精简了阵列结构,以较少的阵元实现二维波达方向估计,但是波达方向估计性能受到物理孔径限制。本文将MIMO技术和L型阵结合,提出一种基于MIMO技术的L型阵二维波达方向估计方法。该方法通过MIMO等效虚拟阵列原理,将L型阵等效为一矩形平面阵列,然后在等效矩形阵列的基础上,采用MUSIC进行二维波达方向估计,以L型阵的物理孔径实现矩形平面阵列的估计性能。本文推导了二维波达方向估计的CRB,计算机仿真实验证实了所提方法的有效性。      

基于虚拟阵列的二维稀疏阵列相干源DOA估计

波达方向DOA估计是雷达阵列信号处理的一个重要方向,传统的MUSIC算法对均匀阵列条件下独立信号源的估计有很强的适应性,但实际的雷达工作中,稀疏布阵下多相干源测角是一个经常出现的应用场景。文中针对二维稀疏阵列的相干源测角,提出了一种基于虚拟阵列的相干源DOA估计方法。该方法利用虚拟阵列内插的方法,将一个任意二维稀疏阵列内插为一个均匀面阵,再通过二维空间平滑方法对相干源进行测角,能够同时获得信号的方位角和俯仰角信息。稀疏面阵和稀疏圆阵的仿真实验结果表明,该方法可以有效的解决二维稀疏阵列的相干源测角问题。     

基于双向传播算子的互质面阵二维波达方向估计

针对谱峰搜索的二维波达方向估计中现有算法复杂度高,精度受搜索间隔影响较大的问题,给出了一种双向传播算子的互质面阵二维波达方向估计算法,实现了俯仰角和方位角的低复杂、高精度、无模糊联合估计.该方法首先将互质阵列引入到二维波达方向估计中,构造互质平面阵模型,然后采用两次旋转不变传播算子方法计算出不同阵列流型方向上的旋转因子矩阵,根据旋转因子矩阵解算出目标信号的俯仰角和方位角,同时利用互质理论消除了稀疏阵列角度估计的不确定性,证明了互质阵列模型下采用双向传播算子方法进行俯仰角和方位角估计的无模糊性.对算法的复杂度进行理论分析,并给出了平面阵列角度估计的克拉美罗界推导.理论分析与仿真结果表明,算法不需要进行角度匹配和谱峰搜索,在相同条件下的均方根误差性能优于均匀平面阵的多重信号分类算法,并且以较低的复杂度无模糊的达到了高维网格搜索的精度.     

相控阵卫星跟踪系统角度测量研究

运动平台相控阵卫星跟踪系统是一种高速运动目标实时跟踪系统,测角算法为系统的关键技术之一。结合相控阵卫星跟踪系统方案,重点研究了适用于相控阵卫星跟踪系统的测角算法,在单脉冲测角理论的基础上进行研究和改进,提出了一种基于子阵划分的互相关角度测量方法。该方法能有效地提高输出信号信噪比,并具有运算量小、测角精度高、适宜工程实现等特点,较好地解决了卫星跟踪系统中角度测量的工程需求问题。数值仿真分析了影响测角精度的若干因素,验证了算法的有效性。最后给出了保障测角精度的措施。     

基于自适应旁瓣对消的测角研究

自适应波束形成(ADBF)和自适应旁瓣对消算法都能够很好地抑制旁瓣干扰,但是由于干扰协方差矩阵的影响,ADBF在抑制干扰同时给和、差单脉冲测角带来误差.文中针对自适应旁瓣对消算法,系统研究了其在和、差单脉冲测角中的应用,着重分析了辅助天线中的目标信号对测角性能的影响.理论分析和仿真结果表明,辅助天线中的目标信号对测角的影响主要存在于辅助天线的增益大于差波束增益的角域,而在其他角域,影响很小.     

均匀圆阵二维波达角估计的Cramer-Rao界

均匀圆阵(UCA)是一种应用广泛的具有二位波达角估计能力的平面阵列。为了从理论上分析不同阵列参数下到达波方位角(AOA)、仰角估计精度,推导了均匀圆阵二维波达角估计的性能界,以此为基础分析了阵列孔径、阵元个数、快拍数以及来波仰角高低与到达角估计精度的关系,并通过对UCA-MUSIC算法计算机仿真验证了推导结果的正确性。研究结果为波达角估计类算法提供了可供参考的性能下界,圆阵设计时也不再需要大量的Monte Carlo仿真试验确定阵列参数,可直接从估计精度表达式中获得。