本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于天線方向圖信息的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法。

背景技術(shù)：

機(jī)載雷達(dá)通過發(fā)射大的時(shí)寬帶寬積信號(hào)來提高距離向分辨率，利用載機(jī)平臺(tái)與地面目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的多普勒頻移來提高方位向分辨率，合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)作為一種對(duì)地觀測(cè)的重要傳感器系統(tǒng)，具有全天候、全天時(shí)、高分辨的特點(diǎn)，通過與地面動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(Ground Moving Target Indication,GMTI)相結(jié)合的SAR-GMTI技術(shù)，可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)地面靜止場(chǎng)景和感興趣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)，然后，當(dāng)雷達(dá)工作在SAR-GMTI模式時(shí)，雷達(dá)波束通常是固定不動(dòng)的，當(dāng)目標(biāo)脫離雷達(dá)波束視線時(shí)，雷達(dá)很難做到對(duì)感興趣目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)感興趣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多視角檢測(cè)與跟蹤，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了Scan-GMTI技術(shù)，即將雷達(dá)波束工作在掃描模式下，通過一個(gè)窄波束對(duì)360°空域進(jìn)行掃描，并在各個(gè)視角下分別進(jìn)行成像與動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，通過多視角的成像與檢測(cè)提高對(duì)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)能力。

由于載機(jī)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，地面雜波譜會(huì)產(chǎn)生展寬，因此需要采用沿航跡干涉(Along Track Interferometry,ATI)，相位中心偏置天線(Displaced Phase Center Antenna,DPCA)，空時(shí)自適應(yīng)處理(Space-Time Adaptive Processing,STAP)及其降維形式進(jìn)行雜波抑制，雜波抑制完成之后，就需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，由于天線加工工藝，天線陣元位置以及通道特性的影響，各個(gè)接收通道之間的幅相特性并不是完全一致的，引起運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位精度的大幅度下降，對(duì)后期的對(duì)地精確打擊造成了很大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：由于天線加工工藝，天線陣元位置以及通道之間的幅相特性并不是完全一致的影響，從而引起運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位精度的大幅度下降。

為解決上面的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于天線方向圖信息的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法，該方法步驟包括如下：

S1，對(duì)機(jī)載雷達(dá)的原始回波信號(hào)的和通道數(shù)據(jù)、差通道數(shù)據(jù)分別進(jìn)行距離向的脈沖壓縮和距離走動(dòng)校正處理，得到距離脈壓后的和通道數(shù)據(jù)、距離脈壓后的差通道數(shù)據(jù)；

S2，根據(jù)實(shí)際的雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)和、差通道的天線方向圖進(jìn)行建模，得到理想情況下的和、差測(cè)角曲線在天線波束寬度內(nèi)的測(cè)角曲線K；

S3，將微波暗室實(shí)測(cè)得到的和通道數(shù)據(jù)S_Σ以及微波暗室實(shí)測(cè)得到差通道數(shù)據(jù)S_Δ進(jìn)行和、差測(cè)角，得到實(shí)際情況下的和、差測(cè)角曲線在天線波束寬度內(nèi)的測(cè)角曲線K'；

S4，根據(jù)實(shí)際的和、差測(cè)角曲線K'與理想的和、差測(cè)角曲線K利用最小二乘準(zhǔn)則計(jì)算出相位誤差

S5，根據(jù)相位誤差求出最小二乘相位補(bǔ)償因子對(duì)實(shí)際情況下的和、差通道的測(cè)角曲線乘以相位補(bǔ)償因子得到相位誤差補(bǔ)償后在天線波束寬度內(nèi)的改進(jìn)測(cè)角曲線

S6，對(duì)和通道數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行單元恒虛警檢測(cè)，對(duì)經(jīng)過恒虛警檢測(cè)后的和通道數(shù)據(jù)與步驟S1中的距離脈壓后的差通道數(shù)據(jù)進(jìn)行相位補(bǔ)償，然后利用S5中改進(jìn)的測(cè)角曲線K”對(duì)檢測(cè)后的和通道目標(biāo)數(shù)據(jù)以及與和通道目標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的差通道目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行和、差測(cè)角，求出目標(biāo)相對(duì)于波束中心的角度偏移量；

S7，依據(jù)S6中的角度偏移量以及目標(biāo)當(dāng)時(shí)所在的波束中心角，求出目標(biāo)在空間的真實(shí)幾何位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)到的所有點(diǎn)目標(biāo)的精確定位。

本發(fā)明的有益效果：通過這樣的方法，天線陣元位置以及通道之間的幅相特性能夠調(diào)節(jié)到完全一致的水平，從而使得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位精度的大幅度提升。

進(jìn)一步，所述的S2的測(cè)角曲線K和所述的S3中的測(cè)角曲線K'均是在天線波束寬度內(nèi)測(cè)得的。

進(jìn)一步，步驟S2中，所述理想情況下的和、差測(cè)角曲線在天線波束寬度內(nèi)的測(cè)角曲線K，其表達(dá)式為：

其中，j是虛數(shù)單位，θ_i表示天線波束在第i個(gè)波束指向的波束中心角，D表示天線孔徑長(zhǎng)度，λ為天線波長(zhǎng)，δθ為相對(duì)于波束中心的角度偏移量。

進(jìn)一步，步驟S3中，所述實(shí)際情況下的和、差測(cè)角曲線在天線波束寬度內(nèi)的測(cè)角曲線K'，其表達(dá)式為：

其中，其中A₁和A₂分別表示通道1和通道2的幅度誤差，和表示通道1和通道2的相位誤差，和分別表示由于通道失配所引起的和通道信號(hào)與差通道信號(hào)，j是虛數(shù)單位。

進(jìn)一步，步驟S4中，所述實(shí)際的天線方向圖與理想的天線方向圖的相位誤差角采用最小二乘準(zhǔn)則求得，并且滿足如下約束關(guān)系式

進(jìn)一步，步驟S5中，所述對(duì)實(shí)際測(cè)角曲線進(jìn)行補(bǔ)償，得到在天線波束寬度內(nèi)的改進(jìn)測(cè)角曲線K”，即

其中

D表示天線孔徑長(zhǎng)度，λ為天線波長(zhǎng),j是虛數(shù)單位。

有益效果：利用了實(shí)際方向圖與理想方向圖之間的相位差異，擬合出實(shí)際天線方向圖的鑒角曲線，利用相位差異對(duì)機(jī)載雷達(dá)的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，通過實(shí)際的鑒角曲線對(duì)前視場(chǎng)景進(jìn)行單脈沖測(cè)角，得到的實(shí)測(cè)測(cè)試位置更加穩(wěn)健，位置更精確。

進(jìn)一步，步驟S6中，具體為設(shè)檢測(cè)出的目標(biāo)所在的和、差通道數(shù)據(jù)分別為與T_Δ,l(m,n)，其中m表示第m個(gè)距離單元，m為(1、2、3、…、m、…、M)，n表示第n個(gè)脈沖單元，n為(1、2、3、…、n、…N)，l表示第l個(gè)目標(biāo)，l為(1、2、3、…、l、…、L)，對(duì)恒虛警檢測(cè)到的第l個(gè)目標(biāo)乘以相位補(bǔ)償因子進(jìn)行相位補(bǔ)償，然后采用改進(jìn)的測(cè)角曲線K”對(duì)恒虛警檢測(cè)到的目標(biāo)進(jìn)行采用和、差測(cè)角，得到第l個(gè)目標(biāo)相對(duì)于第i個(gè)波束中心角θ_i的偏離量δθ_l。

進(jìn)一步，所述第l個(gè)點(diǎn)目標(biāo)在m個(gè)距離單元第n個(gè)脈沖，其相對(duì)于主波束的角度偏離量為δθ_l，δθ_l采用下式求解：

D表示天線孔徑長(zhǎng)度，λ為天線波長(zhǎng)，atan(·)表示求反正切值，imag(·)表示求虛部運(yùn)算。其中θ_i表示第i個(gè)波束中心。

進(jìn)一步，所述的S7，具體為該點(diǎn)目標(biāo)在空間的真實(shí)位置θ_l＝θ_i+δθ_l，其中θ_i表示第i個(gè)波束中心，θ_l是表示目標(biāo)l點(diǎn)的位置。

進(jìn)一步，所述S7還包括：對(duì)S6中檢測(cè)到的L個(gè)點(diǎn)目標(biāo)采用改進(jìn)的測(cè)角曲線K”進(jìn)行測(cè)角，求得點(diǎn)目標(biāo)在空間的真實(shí)位置θ_l＝θ_i+δθ_l，直至第i個(gè)波束內(nèi)的所有L個(gè)目標(biāo)處理完畢，i為(1、2、3、…、i、…、I)，對(duì)I個(gè)波束內(nèi)的所有目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)的檢測(cè)與定位，直至所有的波束處理完畢。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法流程圖；

圖2是傳統(tǒng)方法的單脈沖測(cè)角曲線示意圖；

圖3是本發(fā)明方法的單脈沖測(cè)角曲線示意圖；

圖4是傳統(tǒng)方法的動(dòng)目標(biāo)定位結(jié)果示意圖；

圖5是本發(fā)明方法的動(dòng)目標(biāo)定位結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例

如附圖1所示的，一種基于天線方向圖信息的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位方法，該方法步驟包括如下：

S1，對(duì)機(jī)載雷達(dá)的原始回波信號(hào)的和通道數(shù)據(jù)、差通道數(shù)據(jù)分別進(jìn)行距離向的脈沖壓縮和距離走動(dòng)校正處理，得到距離脈壓后的和通道數(shù)據(jù)、距離脈壓后的差通道數(shù)據(jù)；

S2，根據(jù)實(shí)際的雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)和、差通道的天線方向圖進(jìn)行建模，得到理想情況下的和、差測(cè)角曲線在天線波束寬度內(nèi)的測(cè)角曲線K；

理想情況下的和、差測(cè)角曲線在天線波束寬度內(nèi)的測(cè)角曲線K，其表達(dá)式為：

其中，θ_i表示天線波束在第i個(gè)波束指向的波束中心角，D表示天線孔徑長(zhǎng)度，λ為天線波長(zhǎng)，δθ為相對(duì)于波束中心的角度偏移量，j是虛數(shù)單位。

S3，將微波暗室實(shí)測(cè)得到的和通道數(shù)據(jù)S_Σ以及微波暗室實(shí)測(cè)得到差通道數(shù)據(jù)S_Δ進(jìn)行和、差測(cè)角，得到實(shí)際情況下的和、差測(cè)角曲線在天線波束寬度內(nèi)的測(cè)角曲線K'；

實(shí)際情況下的和、差測(cè)角曲線在天線波束寬度內(nèi)的測(cè)角曲線K'，其表達(dá)式為：

其中，j是虛數(shù)單位，其中A₁和A₂分別表示通道1和通道2的幅度誤差，和表示通道1和通道2的相位誤差，和分別表示由于通道失配所引起的和通道信號(hào)與差通道信號(hào)。

S4，根據(jù)實(shí)際的和、差測(cè)角曲線K'與理想的和、差測(cè)角曲線K利用最小二乘準(zhǔn)則計(jì)算出相位誤差此處的相位誤差是先假設(shè)，滿足下面的方程式的，通過聯(lián)結(jié)步驟S5的兩條方程，兩個(gè)未知數(shù)，可以求解出(K”)，然后再求出

實(shí)際的天線方向圖與理想的天線方向圖的相位誤差角采用最小二乘準(zhǔn)則求得，并且滿足如下約束關(guān)系式

S5，根據(jù)相位誤差求出最小二乘相位補(bǔ)償因子對(duì)實(shí)際情況下的和、差通道的測(cè)角曲線乘以相位補(bǔ)償因子得到相位誤差補(bǔ)償后在天線波束寬度內(nèi)的改進(jìn)測(cè)角曲線

對(duì)實(shí)際測(cè)角曲線進(jìn)行補(bǔ)償，得到在天線波束寬度內(nèi)的改進(jìn)測(cè)角曲線K”，

即

其中

D表示天線孔徑長(zhǎng)度，λ為天線波長(zhǎng),j是虛數(shù)單位。

S6，對(duì)和通道數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行單元恒虛警檢測(cè)，對(duì)經(jīng)過恒虛警檢測(cè)后的和通道數(shù)據(jù)與步驟S1中的距離脈壓后的差通道數(shù)據(jù)進(jìn)行相位補(bǔ)償，然后利用改進(jìn)的測(cè)角曲線K”對(duì)檢測(cè)后的和通道目標(biāo)數(shù)據(jù)以及與和通道目標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的差通道目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行和、差測(cè)角，求出目標(biāo)相對(duì)于波束中心的角度偏移量；

其具體為設(shè)檢測(cè)出的目標(biāo)所在的和、差通道數(shù)據(jù)分別為T_Σ,l(m,n)與T_Δ,l(m,n)，其中m表示第m個(gè)距離單元，m為(1、2、3、…、m、…、M)，n表示第n個(gè)脈沖單元，n為(1、2、3、…、n、…N)，l表示第l個(gè)目標(biāo)，l為(1、2、3、…、l、…、L)，對(duì)恒虛警檢測(cè)到的第l個(gè)目標(biāo)乘以相位補(bǔ)償因子進(jìn)行相位補(bǔ)償，然后采用改進(jìn)的測(cè)角曲線K”對(duì)恒虛警檢測(cè)到的目標(biāo)進(jìn)行采用和、差測(cè)角，得到第l個(gè)目標(biāo)相對(duì)于第i個(gè)波束中心角θ_i的偏離量δθ_l。

第l個(gè)點(diǎn)目標(biāo)在m個(gè)距離單元第n個(gè)脈沖，其相對(duì)于主波束的角度偏離量為δθ_l，δθ_l采用下式求解：

D表示天線孔徑長(zhǎng)度，λ為天線波長(zhǎng)，atan(·)表示求反正切值，imag(·)表示求虛部運(yùn)算，其中θ_i表示第i個(gè)波束中心。

S7，依據(jù)S6中的角度偏移量以及目標(biāo)當(dāng)時(shí)所在的波束中心角，求出目標(biāo)在空間的真實(shí)幾何位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)到的所有點(diǎn)目標(biāo)的精確定位。

其具體為該點(diǎn)目標(biāo)在空間的真實(shí)位置θ_l＝θ_i+δθ_l，其中θ_i表示第i個(gè)波束中心，θ_l是表示目標(biāo)l點(diǎn)的位置；

對(duì)S6中檢測(cè)到的L個(gè)點(diǎn)目標(biāo)采用改進(jìn)的測(cè)角曲線K”進(jìn)行測(cè)角，求得點(diǎn)目標(biāo)在空間的真實(shí)位置θ_l＝θ_i+δθ_l，直至第i個(gè)波束內(nèi)的所有L個(gè)目標(biāo)處理完畢，i為(1、2、3、…、i、…、I)，對(duì)I個(gè)波束內(nèi)的所有目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)的檢測(cè)與定位，直至所有的波束處理完畢。

1)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境：

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：MATLAB R2009b,Intel(R)Pentium(R)2CPU 2.7GHz，Window 7旗艦版。

2)仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果分析：

將機(jī)載雷達(dá)獲取的回波數(shù)據(jù)，在仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，分別應(yīng)用傳統(tǒng)的單脈沖干涉動(dòng)目標(biāo)定位方法和本發(fā)明方法進(jìn)行目標(biāo)定位。圖2和圖3分別是原始的測(cè)角曲線和本發(fā)明方法所提的改進(jìn)的測(cè)角曲線。采用這兩種測(cè)角曲線分別對(duì)檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位，定位結(jié)果如圖4和圖5所示。成像角度范圍是載機(jī)正前方正負(fù)15°的范圍。

從圖2可以看出，由于受接收通道的幅相誤差的影響，原始的測(cè)角曲線的斜率較小，測(cè)角曲線的一部分能量泄漏到了實(shí)部，這意味著對(duì)于和、差比值較小的一些點(diǎn)目標(biāo)很難準(zhǔn)確估計(jì)出其角度偏移量。

從圖3可以看出，經(jīng)過相誤差補(bǔ)償之后，改進(jìn)的測(cè)角曲線的斜率變大，這意味著對(duì)不同的和、差比值的點(diǎn)目標(biāo)其對(duì)應(yīng)的其角度偏移量的區(qū)分度變大。

從圖4中可以看出，由于受實(shí)際天線方向圖相位誤差影響，傳統(tǒng)的單脈沖干涉動(dòng)目標(biāo)定位方法具有一定的模糊性，特別是目標(biāo)定位比較分散。

從圖5中可以看出，本發(fā)明方法的動(dòng)目標(biāo)定位結(jié)果中，目標(biāo)航跡的顯示更加集中，說明本發(fā)明方法具有穩(wěn)健性，可以提高動(dòng)目標(biāo)的定位精度。

在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。