本發(fā)明屬于雷達目標參數(shù)估計領域，特別涉及一種基于MTD脈沖積累及滑動處理的雷達目標角度估計方法，即基于動目標檢測(MTD)脈沖積累及滑動處理的雷達目標角度估計方法，適用于獲取雜波背景下的機掃雷達方位角。

背景技術：

雷達目標參數(shù)估計是通過對接收到的回波信號進行處理來提取出有效的目標信息，比如方位角、仰角、距離等目標信息。雷達在進行機械波束掃描時，獲得波束掃描圖，即得到回波信號隨角度變化的關系圖，然后通過找尋目標回波信號的峰值所對應的角度作為目標信號的方位角。對于這種常規(guī)方法，當背景環(huán)境相對復雜時，接收到的雜波和干擾分量將對目標信號產(chǎn)生影響，這將對角度估計產(chǎn)生大的影響。在此基礎上，產(chǎn)生了對回波先采用動目標顯示(MTI)對消掉雜波，再采用常規(guī)處理的處理方法。用該方法能抑制一定的地雜波，但對于低速目標的檢測將產(chǎn)生抑制，同時對于雜波背景太強的環(huán)境，估計的角度值將有比較大的誤差,并且當目標所在距離單元存在多個目標時對目標的檢測也會有問題。

后來，考慮到這里的慢時間是和角度耦合的，慢時間指的脈沖數(shù)又產(chǎn)生了采用動目標檢測(MTD)的脈組處理方法。采用該方法能有效的抑制雜波分量，但采用該方法對一組脈沖進行處理，將只能得到一個輸出值，這種方法只能輸出一個中心角度，所以角度估計的精度誤差仍比較大。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明考慮到原有方法的一些缺陷，提出一種基于MTD脈沖積累及滑動處理的雷達目標角度估計方法，該種基于MTD脈沖積累及滑動處理的雷達目標角度估計方法是一種對回波信號進行多脈沖積累及滑動處理來找中心角度的方法，并以此來提高在復雜背景下檢測目標信號角度的精度。

為達到上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現(xiàn)。

一種基于MTD脈沖積累及滑動處理的雷達目標角度估計方法，包括以下步驟：

步驟1，確定機掃雷達，所述機掃雷達檢測范圍內(nèi)存在雷達目標；機掃雷達在其檢測范圍內(nèi)進行機械波束掃描，得到波束掃描圖，所述波束掃描圖為雷達目標的回波數(shù)據(jù)隨角度變化的關系圖，進而得到雷達目標的回波數(shù)據(jù)；

步驟2，根據(jù)波束掃描圖以及雷達目標的回波數(shù)據(jù)，確定雷達目標的角度范圍，并分別得到雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的回波數(shù)據(jù)，以及雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的脈沖數(shù)目L；同時確定在波束掃描圖的設定范圍內(nèi)接收到的脈沖數(shù)目N；每個脈沖分別對應脈沖回波數(shù)據(jù)，N、L分別為正整數(shù)；

步驟3，對雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的L個脈沖進行動目標檢測脈沖積累和脈沖滑動處理，分別得到經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)和經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)對應的方位角；

步驟4，對經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)進行峰值搜索，得到經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)中的最大脈沖積累回波數(shù)據(jù)，進而得到雷達目標的最佳方位角度估計值。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明方法是在進行機掃雷達角度估計時，并在估計到目標大致范圍的情況下，進一步精確估計目標方位角的方法；該方法通過對目標大致范圍角度中的脈沖數(shù)進行MTD脈沖積累及滑動處理，能夠有效的抑制掉雜波分量，同時能夠得到多個輸出結果，最后通過搜索峰值找尋目標方位角，有效提高了雜波背景下雷達方位角度估計的精確度，能夠進一步改善雷達性能；同時，對于存在多個目標的情況下，本發(fā)明方法能夠通過目標多普勒頻率的不同，劃分不同的多普勒通道，然后對回波進行角度估計，也能夠有效的提高多目標情況下的角度估計精度，改善雷達性能。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明的一種基于MTD脈沖積累及滑動處理的雷達目標角度估計方法實現(xiàn)框圖；

圖2為在沒有雜波和噪聲的背景環(huán)境下采用傳統(tǒng)角度搜索方法獲得角度估計值后進行1000次蒙特卡洛實驗所得到的角度估計示意圖；

圖3為在沒有雜波和噪聲的背景環(huán)境下采用本發(fā)明方法搜索獲得角度估計值后進行1000次蒙特卡洛實驗所得到的角度估計示意圖；

圖4為在只有噪聲的背景環(huán)境下采用傳統(tǒng)角度搜索獲得角度估計值的后進行1000次蒙特卡洛實驗所得到的角度估計示意圖；

圖5為只有噪聲的背景環(huán)境下采用本發(fā)明方法搜索獲得角度估計值后進行1000次蒙特卡洛實驗所得到的角度估計示意圖；

圖6為既有噪聲又有雜波的背景環(huán)境下采用本發(fā)明方法搜索獲得角度估計值后進行1000次蒙特卡洛實驗所得到的角度估計示意圖；

圖7為在改變信噪比的情況下，采用本發(fā)明方法進行1000次蒙特卡洛實驗所得角度均方誤差隨信噪比變化的示意圖。

具體實施方式

參照圖1，為本發(fā)明的一種基于MTD脈沖積累及滑動處理的雷達目標角度估計方法實現(xiàn)框圖；所述基于MTD脈沖積累及滑動處理的雷達目標角度估計方法，包括以下步驟：

步驟1，確定機掃雷達，所述機掃雷達檢測范圍內(nèi)存在雷達目標；機掃雷達在其檢測范圍內(nèi)進行機械波束掃描，得到波束掃描圖，所述波束掃描圖為雷達目標的回波數(shù)據(jù)隨角度變化的關系圖，進而得到雷達目標的回波數(shù)據(jù)；然后對雷達目標的回波數(shù)據(jù)進行分析，即對雷達目標的回波數(shù)據(jù)進行動目標檢測(MTD)濾波處理，進而得到雷達目標所在的多普勒通道，并確定雷達目標所在多普勒通道的中心頻率為f₀。

步驟2，根據(jù)波束掃描圖確定雷達目標的角度范圍，并得到雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的回波數(shù)據(jù)及雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的脈沖數(shù)目L；同時確定在波束掃描圖的3dB范圍內(nèi)接收到的脈沖數(shù)目N；每個脈沖分別對應脈沖回波數(shù)據(jù)，N<L，N、L分別為正整數(shù)。

具體地，通過對波束掃描圖以及雷達目標的回波數(shù)據(jù)進行分析，確定雷達目標處于波束掃描圖的峰值附近，得到雷達目標的角度范圍為θ_d～θ_u，即雷達目標的真實角度一定在該范圍內(nèi)；其中，θ_d為雷達目標所在方位角度范圍的下限估計值，θ_u為雷達目標所在方位角度范圍的上限估計值；所述雷達目標的角度范圍為波束掃描圖中大于3dB寬度的范圍。

然后確定雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的回波數(shù)據(jù)以及雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的脈沖數(shù)目L，L>0；同時確定在波束掃描圖的3dB范圍內(nèi)接收到的脈沖數(shù)目N，每個脈沖分別對應脈沖回波數(shù)據(jù)；N<L，N、L分別為正整數(shù)。

其中，x_i為雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的第i個脈沖的回波數(shù)據(jù)，i∈{1,2,…,L}，L為雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的脈沖總個數(shù)。

步驟3，對雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的L個脈沖進行動目標檢測(MTD)脈沖積累和脈沖滑動處理，分別得到經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)和經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)對應的方位角。

具體地，通過對雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的L個脈沖按照N個一組依次進行串滑動處理，實現(xiàn)多個脈沖的相干積累并同時完成了雜波的抑制。

需要注意的是，進行滑動處理時，通常所需要的運算量都會比較大，但考慮到進行精確角度檢測時，雷達目標的角度范圍已經(jīng)確定，只在雷達目標的多普勒通道范圍，且在該雷達目標的角度范圍進行滑動處理，所以此時的運算量會在可接受范圍內(nèi)。

3a)初始化：令r表示第r次滑窗，r∈{1,2,…,L-N+1}，r的初始值為1。

3b)選取雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的L個脈沖中第r個脈沖的回波數(shù)據(jù)至第N+r-1個脈沖的回波數(shù)據(jù)，記為第r次滑窗后的N個脈沖回波數(shù)據(jù)x_r，N<L；然后對所述第r次滑窗后的N個脈沖回波數(shù)據(jù)x_r進行動目標檢測(MTD)脈沖積累，得到第r次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_r，同時記錄第r次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_r對應的方位角θ_r，其表達式為：

其中，θ_d為雷達目標所在方位角度范圍的下限估計值，θ_u為雷達目標所在方位角度范圍的上限估計值，L為雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的脈沖總個數(shù)，L>0；N為在機械波束掃描的3dB范圍內(nèi)接收到的脈沖總個數(shù)，N<L。

具體地，對第r次滑窗后的N個脈沖回波數(shù)據(jù)x_r進行動目標檢測(MTD)脈沖積累時，其中動目標檢測(MTD)脈沖積累的權因子為w，f₀為雷達目標所在多普勒通道的中心頻率，Tr為脈沖重復周期，e表示指數(shù)函數(shù)，j表示虛數(shù)單位；所述第r次滑窗后的N個脈沖回波數(shù)據(jù)x_r，其表達式為：x_r＝[x_r,x_r+1,…,x_N+r-1]；x_r為雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的第r個脈沖的回波數(shù)據(jù)，x_r+1為雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的第r+1個脈沖的回波數(shù)據(jù)，x_N+r-1為雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的第N+r-1個脈沖的回波數(shù)據(jù)；所述第r次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_r，其表達式為：

其中，w為動目標檢測(MTD)脈沖積累的權因子，x_r為第r次滑窗后的N個脈沖回波數(shù)據(jù)，上標*表示共軛操作，上標T表示轉(zhuǎn)置操作。

3c)令r加1，重復執(zhí)行子步驟3b)，直到選取雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的L個脈沖中第L-N+1個脈沖的回波數(shù)據(jù)至第L個脈沖的回波數(shù)據(jù)，記為第L-N+1次滑窗后的N個脈沖回波數(shù)據(jù)x_L-N+1；然后對所述第L-N+1次滑窗后的N個脈沖回波數(shù)據(jù)x_L-N+1進行動目標檢測(MTD)脈沖積累，得到第L-N+1次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_L-N+1，同時記錄第L-N+1次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_L-N+1對應的方位角θ_L-N+1，其表達式為：

具體地，對第L-N+1次滑窗后的N個脈沖回波數(shù)據(jù)x_L-N+1進行動目標檢測(MTD)脈沖積累時，其中所述第L-N+1次滑窗后的N個脈沖回波數(shù)據(jù)x_L-N+1為：

x_L-N+1＝[x_L-N+1,x_L-N+2,…,x_L]，x_L-N+1為雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的第L-N+1個脈沖的回波數(shù)據(jù)，x_L-N+2為雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的第L-N+2個脈沖的回波數(shù)據(jù)，x_L為雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的第L個脈沖的回波數(shù)據(jù)；所述第L-N+1次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_L-N+1，其表達式為：

其中，w為動目標檢測(MTD)脈沖積累的權因子，x_L-N+1為第L-N+1次滑窗后的N個脈沖回波數(shù)據(jù)，上標*表示共軛操作，上標T表示轉(zhuǎn)置操作。

3d)分別將第1次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y₁至第L-N+1次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_L-N+1，記為經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)y；將此時得到的第1次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y₁對應的方位角θ₁至第L-N+1次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_L-N+1對應的方位角θ_L-N+1，記為經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)對應的方位角θ，其表達式分別為：

y＝(y₁,y₂,…,y_L-N+1)，θ＝(θ₁,θ₂,…,θ_L-N+1)。

步驟4，對經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)進行峰值搜索，得到經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)中的最大脈沖積累回波數(shù)據(jù)，進而得到雷達目標的最佳方位角度估計值。

具體地，首先，對經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)y進行峰值搜索，得到經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)y中的最大脈沖積累回波數(shù)據(jù)y_max，其表達式為：

y_max＝max(y₁,y₂,…,y_L-N+1)。

然后，找到y(tǒng)＝(y₁,y₂,…,y_L-N+1)中與y_max＝max(y₁,y₂,…,y_L-N+1)相等的y_l，即確定經(jīng)過L-N+1次滑窗的脈沖積累回波數(shù)據(jù)y中的最大脈沖積累回波數(shù)據(jù)y_max為第l次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_l，l∈{1,2,…,L-N+1}。

最后，確定第l次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_l對應的方位角θ_l，并將所述第l次滑窗后的積累回波數(shù)據(jù)y_l對應的方位角θ_l，作為雷達目標的最佳方位角度估計值其表達式為：

其中，θ_d為雷達目標所在方位角度范圍的下限估計值，θ_u為雷達目標所在方位角度范圍的上限估計值，l∈{1,2,…,L-N+1}，L為雷達目標的角度范圍內(nèi)接收到的脈沖總個數(shù)，L>0；N為在機械波束掃描的3dB范圍內(nèi)接收到的脈沖總個數(shù)，N<L。

通過以下仿真實驗對本發(fā)明效果作進一步驗證說明。

仿真驗證：

(一)仿真條件：

假設某機掃雷達的脈沖重復頻率為300HZ，機掃雷達在其檢測范圍內(nèi)掃描一圈所用時間為8S，該機掃雷達的天線陣列34個，陣元間距為半波長，輸出信噪比為20dB，雜噪比為30dB；假設雷達目標仰角為3.56°，雷達目標所在多普勒通道的中心頻率為f₀為200HZ，地物雜波譜的方差為4Hz，地雜波功率為10⁶。

對于雷達目標的方位角采用兩種方式進行估計。

在設計仿真的過程中，考慮的雜波主要是地物雜波，且雜波譜服從高斯譜分布，雜波幅度服從瑞利分布；在假設給定的條件下，通過計算得到波束寬度3dB范圍內(nèi)接收到的回波數(shù)據(jù)包含的脈沖數(shù)目為20個，此處選擇實際雷達目標的角度范圍0°～10°內(nèi)進行角度搜索，即機掃雷達進行機械波束掃描后得到的雷達目標的回波信號在0°～10°的范圍內(nèi)進行處理。

(一)仿真內(nèi)容及結果：

首先考慮的是沒有雜波和噪聲影響的背景環(huán)境下，對于雷達目標的回波信號只有有效信號，分別采用傳統(tǒng)角度搜索方法和本發(fā)明方法進行處理，其結果參照圖2和圖3，圖2為在沒有雜波和噪聲的背景環(huán)境下采用傳統(tǒng)角度搜索方法獲得角度估計值后進行1000次蒙特卡洛實驗所得到的角度估計示意圖，圖3為在沒有雜波和噪聲的背景環(huán)境下采用本發(fā)明方法搜索獲得角度估計值后進行1000次蒙特卡洛實驗所得到的角度估計示意圖。

分析圖2和圖3，對于雷達目標的回波信號只包含有用信號信息，對雷達目標的回波信號進行兩種方式的搜索，采用傳統(tǒng)角度搜索方法直接進行搜索得到角度估計值為3.6°，采用本發(fā)明方法得到的角度估計值為3.525°；實驗的結果并不隨實驗次數(shù)的變換而改變，采用傳統(tǒng)角度搜索方法和本發(fā)明方法分別進行多次蒙特卡洛實驗后，得到的角度均方誤差分別為0.04°和0.035°，此時的誤差是由量化誤差所造成的。

但實際的背景環(huán)境是受到雜波和噪聲干擾的，首先考慮在存在噪聲不存在雜波的情況下的角度搜索；對于雷達目標的回波信號既包含雷達目標信號，又包括噪聲的情況下，分別采用傳統(tǒng)角度搜索方法和本發(fā)明方法進行處理的結果如圖4和圖5所示，圖4為在只有噪聲的背景環(huán)境下采用傳統(tǒng)角度搜索獲得角度估計值的后進行1000次蒙特卡洛實驗所得到的角度估計示意圖，圖5為只有噪聲的背景環(huán)境下采用本發(fā)明方法搜索獲得角度估計值后進行1000次蒙特卡洛實驗所得到的角度估計示意圖。

對于噪聲存在的情況下，考慮到噪聲的隨機性，此處進行1000次的蒙特卡洛實驗，圖4為對雷達目標的回波信號直接進行搜索，找到每次試驗下的雷達目標角度，同時，經(jīng)過這1000次的結果計算得到角度的均方誤差為0.8299°；圖5為對雷達目標的回波信號先進行脈沖積累，此處按照20個脈沖進行積累；然后采用平滑的方式進行角度平移后的輸出值再進行角度搜索得到的結果圖；同時，同樣對這1000次的結果計算得到角度的均方誤差為0.3943°；可以看出，采用本發(fā)明方法你給進一步提高雷達目標角度估計的精確度。

再來考慮對于雜波存在的情況下，此處針對地物雜波的影響，雷達目標的回波信號既包含信號、噪聲，還包括雜波分量；此時對雷達目標的回波信號不能直接進行角度參數(shù)搜索估計，應該先抑制掉雜波分量，同時對雷達目標的回波信號進行脈沖積累，再進行搜索后得到結果，如圖6所示，圖6為既有噪聲又有雜波的背景環(huán)境下采用本發(fā)明方法搜索獲得角度估計值后進行1000次蒙特卡洛實驗所得到的角度估計示意圖。

在雜波和噪聲存在的復雜背景環(huán)境下，直接進行搜索是不太現(xiàn)實的，雜噪比比信噪比還大，此時雷達目標的回波信號被埋沒在雜波中，不能估計雷達目標角度；采用本發(fā)明方法先抑制掉雜波成分，得到的角度估計值如圖6所示，并計算在該條件下的角度均方誤差為0.3879°?？梢钥闯龉烙嫿嵌染秸`差基本隨信噪比的增大而減小，精確度也在提高，從而進一步證明了本發(fā)明方法的有效性。

最后考慮在雷達目標的回波信號、噪聲及雜波都存在的復雜背景環(huán)境下，當改變信噪比的情況下，采用本發(fā)明方法對雷達目標進行角度估計，并進行1000次蒙特卡洛實驗得到所對應的信噪比情況下的角度估計均方誤差，得到的結果如圖7所示，圖7為在改變信噪比的情況下，采用本發(fā)明方法進行1000次蒙特卡洛實驗所得角度均方誤差隨信噪比變化的示意圖。

當背景環(huán)境不同時，即信噪比發(fā)生改變的情況下，采用本發(fā)明方法進行角度估計，最終得到的角度估計均方誤差如圖7所示，可以看出估計角度均方誤差基本隨信噪比的增大而減小，精確度也在提高，從而進一步證明了本發(fā)明方法的有效性。

綜上可知，本發(fā)明方法能夠進一步改善在復雜雜波背景環(huán)境下的雷達目標角度估計精度，也能夠用于機載雷達的角度估計，并且仿真實驗驗證了本發(fā)明方法的正確性、有效性和可靠性。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍；這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。