基于对角差信号的单脉冲雷达二维角估计新方法

发布时间：2020-03-07 06:06

【摘要】：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。
【图文】：

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深入分析。本文在深入研究常规三通道单脉冲雷达的基础上，发现传统单脉冲雷达的对角线信号具有极大挖掘和利用的空间，提出了四通道单脉冲雷达系统结构改进的方法，去掉负载增加一路接收机后，建立了和信号、方位差信号、俯仰差信号、对角差信号数学模型;提出了四通道单脉冲联合测角新方法，并从两个角度给出了数学原理;推导给出了二维单脉冲角估计的解析表达式。1提取对角差信号的单脉冲雷达接收机改进常规三通道单脉冲雷达如图1所示，天线接收信号经过混合器后得到和通道、方位差通道、俯仰差通道三个通道，只能得到一个目标的方位角和俯仰角。根据常规的单脉冲雷达处理过程，当只存在一个目标时ΔA=TxΣΔE=TyΣ{(1)式中:Σ、ΔA、ΔE为雷达经过和差处理得到的已知量;Tx和Ty是未知量，分别为目标的方位误差信号和俯仰误差信号。通过求解方程可以得到Tx和Ty，进而查表得到目标的角度信息。当存在两个目标时Σ=Σ1+Σ2ΔA=Tx1Σ1+Tx2Σ2ΔE=Ty1Σ1+Ty2Σ2{(2)式中:Σ1、Tx1、Ty1为第一个目标的信号幅度、方位误差信号、俯仰误差信号;Σ2、Tx2、Ty2为另一个目标的信号幅度、方位误差信号、俯仰误差信号，均为未知数。三个方程的通过分解实部和虚部得到六个方程，然而却存在八个未知数(信号幅度包含绝对值和相位两个参数)，显然是无法求解的，导致常规的单脉冲雷达无法分辨波束内的两个目标。为了求解未知量，需要增加方程的数量。图1常规单脉冲雷达结构图通过研究发现，当目标处于不同角度时，被匹配负载吸收的对角差信号ΔΔ具有不同的响应，这意味着ΔΔ中含有目标的角度信息。因此，在常?

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导致常规的单脉冲雷达无法分辨波束内的两个目标。为了求解未知量，，需要增加方程的数量。图1常规单脉冲雷达结构图通过研究发现，当目标处于不同角度时，被匹配负载吸收的对角差信号ΔΔ具有不同的响应，这意味着ΔΔ中含有目标的角度信息。因此，在常规单脉冲雷达的基础上，引入辅助差通道，能够得到额外信息，增加方程的数量，从而实现对波束内两个目标的分辨。具体实现中，在常规三通道单脉冲雷达的基础上，将图1中接入匹配负载的ΔΔ信号引出作为辅助通道，得到一种具有四个接收通道的单脉冲雷达，如图2所示。图2包含对角差通道的单脉冲雷达结构图2基于对角差的单脉冲联合测角新方法和数学原理对于单个目标，对角差通道响应满足以下条件ΣΔΔ=ΔAΔE(3)进一步化简，可以得到ΔΔ=ΔAΣΔEΣΣ=TxTyΣ(4)当存在两个目标时，可以得到以下方程组Σ=Σ1+Σ2ΔA=Tx1Σ1+Tx2Σ2ΔE=Ty1Σ1+Ty2Σ2ΔΔ=Tx1Ty1Σ1+Tx2Ty2Σ2(5)求解可得Tx，n=(A－D)±(A－D)2－4i酔B2BTy，n=BTx，n－AC(6)其中n=1，2，A=Im(ΔAΔ*E)B=Im(ΣΔ*E)C=Im(ΣΔ*A)D=－Im(ΣΔ*Δ)E=Im(ΔAΔ*Δ)F=Im(ΔEΔ*Δ)(7)从式(7)可以看出，对波束内两个目标进行角分辨时，直接利用四个通道的输出数据进行计算，不需要两个目标的回波功率比、回波幅度概率分布等先验信—23—·信号处理·戴幻尧，等:基于对角差信号的单脉冲雷达二维角估计新方法2017，39(1)

【参考文献】