[发明专利]一种基于数字锁相环的自适应角度跟踪方法

说明书

本发明提出一种基于数字锁相环的自适应角度跟踪方法，该方法利用快速傅里叶变换将和波束、差波束的时域信号变换到频域中，再利用单脉冲测角技术得到角度误差；之后将所述角度误差送入一个环路等效噪声带宽按一定规律随目标角度变化而变化的环路滤波器中，得到角度误差的滤波值，最后将所述滤波值累加到数控振荡器上，实现对目标角度的自适应跟踪。本发明方法提高了目标角度跟踪过程中的角度误差收敛速度和角度跟踪精度。

技术领域

本发明属于雷达目标跟踪方法技术领域，具体涉及一种一种基于数字锁相环的自适应角度跟踪方法。

背景技术

在雷达跟踪目标的角度中，目前常用的角度跟踪方法是将在目标距离跟踪中使用成熟的方法照搬到角度跟踪中来。这些方法通常都是基于卡尔曼滤波(Kalman Filtering,KF)方法的。

所有基于卡尔曼滤波的机动目标跟踪方法，无论其是否针对系统的非线性做了线性化处理或是采用多个模型来表征目标运动状态，其模型中的状态转移矩阵才是决定能否精确跟踪目标的关键。而在机载雷达对机动目标跟踪的通常情景中，由于对目标实际运动模型的未知，导致跟踪模型中预先设置的状态转移矩阵往往与真实情况不匹配，跟踪方法中所需的滤波初值不准确。由此会带来两个问题：(1)在跟踪初始阶段，雷达距离、速度与角度跟踪环路的跟踪误差无法快速达到收敛状态；(2)三维跟踪环路输出的跟踪精度有限，在一些特殊环境中甚至会出现滤波发散的情况。在跟踪末段的角度跟踪环路中，第二个问题尤为明显。当机载雷达与目标越来越接近，相比于跟踪初期两者相距较远，俯仰角与方位角的变化范围小，此时雷达观测到的目标角度位置变化范围与变化速率都有大幅增加，传统的角度跟踪方法诸如扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filtering,EKF)与交互多模型粒子滤波(Interactive Multiple Models Particle Filtering,IMMPF)等方法的跟踪性能都难以满足实际工程中高跟踪精度的指标要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字锁相环的自适应角度跟踪方法，解决了传统雷达目标角度跟踪中初期收敛速度慢、末段跟踪性能发散的问题，提高了角度误差的收敛速度和角度跟踪精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于数字锁相环的自适应角度跟踪方法，包括以下步骤：

第一步，获取当前天线阵面波束指向的窄带回波数据；

第二步，对窄带回波数据进行数字波束形成处理，获得和波束、俯仰维差波束和方位维差波束的时域信号；

第三步，分别对和波束、俯仰维差波束以及方位维差波束的时域信号做快速傅里叶变换，获得和波束、俯仰维差波束以及方位维差波束的频域信号；

第四步，使用和波束的频域信号和俯仰维差波束的频域信号进行俯仰维单脉冲测角，得到俯仰角误差；使用和波束的频域信号与方位维差波束的频域信号进行方位维单脉冲测角，得到方位角误差；

第五步，判断俯仰维角度跟踪模块中的B_t,opt是否有解，如果有解，则将俯仰维环路滤波器中的等效环路噪声带宽B_Lt设置为B_Lt＝B_t,opt，如果没有解，则俯仰维环路滤波器中的等效环路噪声带宽B_Lt的值保持不变；判断方位维角度跟踪模块中的B_p,opt是否有解，如果有解，则将方位维环路滤波器中的等效环路噪声带宽B_Lp设置为B_Lp＝B_t,opt，如果没有解，则方位维环路滤波器的等效环路噪声带宽B_Lp的值保持不变；其中，B_t,opt为俯仰维环路滤波器的等效环路噪声带宽的最优解，B_p,opt为方位维环路滤波器的等效环路噪声带宽的最优解；