[发明专利]雷达低空目标时间反演相干角度估计方法

权利要求书

1.一种雷达低空目标时间反演相干角度估计方法，其特征在于，通过时间反演利用多径信息对目标进行角度估计，包括有如下步骤：

(1)获取雷达回波信号：雷达产生发射信号s(t)并发射到环境中，得到雷达回波信号s_r(t)；

(2)获取雷达时反信号：将雷达回波数据s_r(t)进行能量归一化并进行时间反演处理，得到雷达时反信号

(3)获取时反回波信号：将时反信号重新发射到环境中，得到时反回波信号为获取时反回波信号具体包括有如下步骤：

3a)发射时反信号并在目标处合成为信号s_TRtarget(t)：

s_TRtarget(t)＝s_d(t)+s_md(t)+s_m(t)+s_dm(t)

其中s_d(t)为中的直达波分量再次通过直达波信道合成的信号，s_md(t)为中的多径波分量再次通过直达波信道合成的信号，s_m(t)为中的多径波分量再次通过多径波信道合成的信号，s_dm(t)为中的直达波分量再次通过多径波信道合成的信号；

3b)目标回波接收：受到多径效应的影响，合成信号分别从直达波和多径波方向传播至雷达天线，阵列天线第k个阵元接收到的回波为：

其中λ为信号波长，τ_d为直达波路径单程时延，τ_m为多径波路径单程时延，θ_d为直达波来波方向，θ_m为多径波来波方向，η为多径波信道复电磁散射系数，n_2k(t)看作高斯白噪声信号，方差为σ²；

(4)对目标进行Toeplitz解相干的MUSIC角度估计：首先根据时反回波数据计算协方差矩阵，分别将该协方差矩阵各个对角线元素求和并取平均值，利用这些平均值重构得到时反协方差矩阵，时反协方差矩阵成为Toeplitz T型矩阵；对时反协方差矩阵进行MUSIC空间谱估计，即可估计出目标角度；对目标进行Toeplitz解相干的MUSIC角度估计，具体包括有如下步骤：

4a)根据时反回波数据计算协方差矩阵R_TRr:

其中H为共轭转置运算，E{·}为取均值运算；

4b)利用协方差矩阵R_TRr对角线元素的平均值，重构得到时反协方差矩阵R_rTo；

依次取出与协方差矩阵R_TRr主对角线平行的对角线元素，计算平均值

平均值有共轭反转的性质：

根据该性质计算得到2N-1个平均值：

利用这些平均值重构得到一个N×N维的时反协方差矩阵R_rTo：

4c)利用时反协方差矩阵R_rTo，通过MUSIC方法进行目标角度估计；

重构后得到新的协方差矩阵为时反协方差矩阵R_rTo，对该矩阵进行特征分解，用P个大特征值对应的特征矢量构成信号子空间用N-P个小特征值对应的特征矢量构成噪声子空间第i个特征值对应的特征矢量为v_i；

用搜索矢量a(θ)向噪声子空间作投影，投影满足关系：

进一步得到MUSIC谱为S_TRmusic(θ)：

当搜索矢量a(θ)搜索至目标角度，MUSIC谱S_TRmusic(θ)取到极大值，根据MUSIC谱S_TRmusic(θ)分布情况估计出目标角度为

完成雷达低空目标时间反演相干角度估计。

2.根据权利要求1所述的雷达低空目标时间反演相干角度估计方法，其特征在于，步骤(2)中所述的将雷达回波数据s_r(t)进行能量归一化并进行时间反演处理，得到雷达时反信号具体包括：

2a)根据发射信号s(t)和回波数据计算能量归一化因子K，并求得能量归一化矩阵K：

其中K为N元线阵中各阵元的能量归一化因子，K为一正数，具体为：

2b)将回波s_r(t)进行能量归一化并时间反演，得到时反信号

其中^*为共轭运算。