[发明专利]一种基于被动相控阵天线的测向与目标识别方法

说明书

本发明公开了一种基于被动相控阵天线的测向与目标识别方法，该方法基于环形被动相控阵的天线结构，采用数字波束形成方法，提升了对辐射源探测距离与测角精度；针对实际被动雷达处理系统中接收的多周期雷达信号，基于短时傅里叶变换的思想，采用变尺度滑窗短时傅里叶变换FrFT方法完成信号周期特征信息的提取，最终完成辐射源识别，解决了传统方法数据量大、运算负荷严重，且信号的时域周期信息易淹没在变换域的谱线分布中的问题。

技术领域

本发明涉及一种被动高精度测向与目标识别方法，适用于雷达辐射源目标的探测。

背景技术

在对海远距离电子侦察应用场景下，常采用被动雷达对辐射源进行探测，目前的被动雷达辐射源系统一般采用相位干涉仪或单脉冲比幅测向，采用时频分析方法进行参数测量。对于传统被动雷达辐射源探测系统，现有的测向与目标识别方法存在以下问题：

(1)、采用相位干涉仪测向的比相体制被动雷达天线增益不能合成，工作距离有限，且在X及以上频段会出现测角模糊。

(2)、现有参数测量采用的时频分析方法存在实时性与参数测量精度之间的矛盾，在某些应用场景下实时性不能满足要求。

(3)、现有的被动雷达测频接收机只能测量脉冲前沿的频率，不能满足线性调频信号等脉冲压缩信号的调制方式、调频斜率等脉内参数测量要求，导致无法对目标发射的多种波形复合调制辐射信号进行识别。

由于以上存在的问题，导致传统被动雷达探测系统难以满足复杂环境下高精度测向和辐射源识别的需求，需要研究被动雷达的新体制与新方法。

在文献《一种基于相控阵体制雷达的高精度快速实时测向方法》中，通过对相控阵面阵发送下来的各通道数据进行数字波束合成，共合成N个足以覆盖90度方位的和波束，每隔N个时钟进行一次N个和波束的幅度值采样与比较，幅度最大的和波束所在方位即为辐射源所在大致方位，当和波束粗测向测得辐射源所在大致方向后，立刻调度一个差波束指向该方位，利用差波束幅度特性，实时调整差波束指向，使差波束执行其零深从而完成测向。该方法采用数字波束形成同时形成多个窄波束的特征，但是后续步骤与本发明完全不同，本发明后续步骤为在每个窄波束内采用二维空间估计方法，得到各个目标的到达方向。因此，该对比文件与本发明存在区别。

在文献《一种均匀圆阵二维波达方向快速估计方法》中，根据圆阵阵元实际位置构造一个正交十字虚拟参考阵列，分别计算出针对x轴虚拟线阵和y轴虚拟线阵的两个相位补偿矩阵并对估计得到的信号子空间分别进行相位补偿；再施行经典二维ESPRIT算法，得到两个子空间拟合矩阵，联合其特征值分解后的特征向量以及特征值，获得新的二维角度估计并作为新的相位补偿角进行迭代相位补偿，直到获得稳定收敛的角度估计并作为信号的波达方向估计。该对比文件能快速获得基于均匀圆阵二维波达方向估计，并且估计结果具有统计无偏性。该方法仅仅是采用了空间谱估计方法测向，而本发明采用了波束形成的方法得到窄波束，再在窄波束内实现二维空间谱估计算法，极大地提高了高精度测角性能。

在文献《基于短时分数阶傅里叶变换的海面微动目标检测和特征提取方法》中，采用分数阶傅里叶变换域微动目标检测，但是该方法仅仅是对海面微动信号提取了时频信息，并未用于后续目标识别。

在文献《高速/加速运动目标检测及雷达目标微动特征提取算法研究》中，提出了一种多阶次STFrFT进行微多普勒信号时频分析的算法，但该方法仅仅是在时频分析基础上对运动目标微动特征进行提取，并没有涉及到雷达脉内调制方式和参数的提取与识别，并且未采用多尺度二维搜索，导致算法运行效率不为最优。而本发明采用变尺度短时分数阶傅里叶变换，解决了脉内信息提取与目标识别问题，并且在低信噪比情况下仍然有效。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，提出了一种基于环形被动相控阵天线的数字波束形成方法，解决了传统干涉仪方法测向模糊、测角精度低的问题。