[发明专利]雷达低空目标时间反演相干角度估计方法

说明书

本发明公开了一种雷达低空目标时间反演相干角度估计方法，解决了多径环境下雷达目标角度估计精度低的问题。实现步骤：获得雷达回波数据；回波数据能量归一化并时间反演得时反信号；重发时反信号得到时反回波数据；进而得到协方差矩阵，利用协方差矩阵对角线的元素均值Toeplitz重构时反协方差矩阵，利用时反协方差矩阵进行MUSIC谱估计，根据谱峰位置估计目标角度。本发明将回波数据能量归一化时间反演并重新发射，时反信号在目标处形成能量积累，提高了时反回波信噪比，时反协方差矩阵实现了目标解相干，通过MUSIC方法实现目标角度估计，测角精度更高，目标成功分辨概率更高，成本较低，适用范围较广，用于低空雷达目标相干角度估计。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及目标角度估计，具体是一种雷达低空目标时间反演相干角度估计方法，可用于对低空多径环境目标的角度测量。

背景技术

当雷达目标处于多径环境中，受到多径效应的影响，雷达接收到的回波包括来自目标的直达波信号、来自反射面反射的多径波信号。直达波信号和多径波信号在距离域、角度域非常接近，可以视为两个相干信号。雷达利用回波信号进行目标角度估计，受到多径效应的影响，目标角度估计结果的精度将会下降，甚至无法准确测出目标的真实角度。

针对多径效应对雷达角度估计的影响，现有方法主要从空域和时域两方面通过多径抑制实现准确的角度估计。在空域方面，通过设计合理的天线位置，使得多径信号无法进入雷达接收天线，在一定程度上可以抑制多径效应的影响，但无法适用于所有情况，且实现成本较高，灵活性较差。在时域方面，可以利用窄相关等技术，但会引入估计误差。

受到多径效应的影响，在低信噪比、低角度情况下，直达波和多径波互为相干源信号，现有技术中的MUSIC角度估计方法精度较低，为了提高精度，通过空域和时域的方法对多径信号进行抑制，存在着成本较高、适用范围较小等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述方法的不足，提出一种更加准确的雷达低空目标时间反演相干角度估计方法，利用多径信息对目标进行角度估计。

本发明是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，利用多径信息对目标进行测角，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

(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。

本发明通过将回波进行能量归一化并时间反演重发，对再次接收到的时反回波进行Toeplitz矩阵重构及MUSIC角度估计，提高了时反回波的信噪比，提高了目标正确分辨概率，改善了目标角度估计精度。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

一、在多径环境下，受到噪声的影响，若信噪比过低，目标检测性能下降，受到多径信号相干性的影响，回波的信号子空间发生降维现象，传统的MUSIC方法无法准确估计目标的角度。本发明将回波信号进行时间反演并重新发送到环境中，通过时间反演使时反信号对信道产生自适应聚焦效果，实现了对多径信号的利用，增强了时反回波的信噪比。

二、本发明通过对回波信号进行时间反演，利用多径信号的能量增加了时反回波信号的信噪比，再对时反回波信号进行Toeplitz矩阵重构及MUSIC角度估计，可以得到更高的目标成功分辨概率及更高的测角精度。