[发明专利]基于频率扫描天线的目标检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达信号检测技术领域，更具体地涉及一种基于频率扫描天线的目标检测方法。

背景技术

目标检测一直是雷达、通信等相关领域研究的重点问题，在诸如手机用户局部定位、WiFi网络中基于位置的服务、雷达目标定位等许多应用场景，都有广泛需求。其中波达方向估计(DOA)作为目标检测的一个重要方面，近年来一直备受关注。大部分波达方向估计系统都利用阵列天线作为接收器，接收的阵列信号用MUSIC算法进行处理得到，然而这种系统想要提高分辨率需要增加阵元个数，从而导致成本增加、功耗增大、电路结构复杂。

频率扫描天线是波束指向随频率变化的一类天线，其中毫米波和太赫兹段的频率扫描天线的主要应用场景有：用于战场、机场等的区域监视雷达，对二维区域扫描成像，其中一个维度利用频率控制的波束扫描，另一个维度利用天线转动；用于航天器安全着陆的地形检测雷达，利用频率扫描天线实现对着陆区域岩石、斜坡等障碍的探测；用于太赫兹二维成像，其中方位向利用频率扫描探测目标。但是这些雷达都有一个缺陷，在频率扫描方向的分辨率受制于波束宽度。提高频率扫描方向分辨率的方法通常是增大天线口径以降低天线波束宽度，但这种方式会带来加工难度的提升，以及设计复杂度的增大，而且在很多时候由于雷达系统整体的限制，不可能允许天线的尺寸很大。因此，从算法上提高频率扫描方向目标分辨能力，成为亟待解决的问题。目前，尚未见到有将MUSIC算法应用到基于频率扫描天线系统的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种基于频率扫描天线的目标检测方法，以通过处理原始回波数据实现目标快速检测及角度超分辨。本发明的方法不需要借助阵列接收，只需要频率扫描天线发射信号，喇叭或波导端口接收信号，适合用于多个目标的快速检测。本发明方法可以应用到太赫兹成像、区域监视雷达、无损检测、目标快速识别和跟踪等领域。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种基于频率扫描天线的目标检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立回波信号模型；

步骤S2：对原始回波信号进行子空间平均处理，获得信号矩阵；

步骤S3：对步骤S2中获得的信号矩阵求取自相关矩阵；

步骤S4：对步骤S3中获得的信号自相关矩阵进行特征值分解，得到特征值和特征向量空间，并将所述特征向量空间分成信号子空间和噪声子空间；

步骤S5：将步骤S4中获得的所述信号子空间和噪声子空间正交，并构造FS-MUSIC伪谱；

步骤S6：对步骤S5所得伪谱进行谱峰搜索，找出多个极大值点对应的角度就是目标回波方向。

其中，步骤S1包括：

将回波信号表示为X＝AS+U，其中X＝[x(f₁)，x(f₂)，x(f₃)...，x(f_N)]^T，是N*1维回波信号向量，该向量中的每个元素为接收到的不同频率的信号，x(f_n)简记为x_n，n＝1，2，...，N；

A＝[α(f，β₁)α(f，β₂)...α(f，β_M)]，为N*M维阵列导向矩阵，其中A的每一列为一个阵列导向矢量；

α(f，β_m)＝[a(f₁，β_m)a(f₂，β_m)...a(f_N，β_m)]^T，m＝1，2...，M，其中a(f_n，β_m)为频率f_n下β_m方向的双站方向性系数；

S＝[s(β₁)s(β₂)...s(β_M)]^T，为β_m方向目标的后向散射系数，s(β_m)简记为s_m，m＝1，2，...，M；

U＝[u(f₁)u(f₂)...u(f_N)]^T为不同频率的噪声，x(f_n)简记为x_n，n＝1，2，...，N。