[发明专利]一种基于毫米波雷达的超分辨测角系统

权利要求书

1.一种基于毫米波雷达的超分辨测角系统，其特征在于，包括收发天线模块、TR组件模块、中频处理模块和信号处理模块；

其中，所述收发天线模块用于根据系统应用需求产生能够对特定空域进行有效能量覆盖的收发波束；

所述TR组件模块是指一个无线收发系统，即收发组件，TR组件模块的功能是根据设定的参数产生满足性能指标的发射信号，设定的参数包括雷达信噪比和天线隔离度，TR组件模块通过调整收发天线之间的布局以及尺寸来产生满足性能指标的发射信号，接收天线通过耦合效应接收到发射信号形成的回波，在TR组件模块中对该信号进行低噪声放大，得到模拟中频信号；

所述中频处理模块用于对TR组件模块得到的模拟中频信号进行滤波、自适应放大及模拟数字转换处理，再将处理后的信号发送至信号处理模块，该信号中包含目标信息，具体包括目标的距离、速度、方位信息；

所述信号处理模块用于信号处理和数据处理，所述信号处理包括：在对中频处理模块发送来的信号进行干扰和杂波抑制的基础上，通过对目标信息的提取实现目标的检测及参数测量；所述数据处理包括：根据信号处理所获得的目标信息，形成目标运动的点迹和航迹，由此描绘出目标的运动轨迹，以实现对检测到的目标进行跟踪；

所述有效能量覆盖是指收发天线的天线增益、波束宽度能够满足系统对收发天线的天线增益、波束宽度的指标要求；

系统执行如下步骤实现超分辨测角：

步骤1，由收发天线模块产生用于后续处理的信号；

步骤2，通过TR组件模块实现对信号协方差矩阵的重构，其中，协方差矩阵是由各个信号源之间的协方差构成的；重构是利用信号、干扰加噪声的信噪比信息有差异的特点，通过滤波的方法将其进行分离，滤除协方差矩阵中的有用信号，得到重构后的干扰加噪声协方差矩阵；

步骤3，通过中频处理模块对重构后的干扰加噪声协方差矩阵进行特征值分解，设定共有M个特征值，则重构后的协方差矩阵表示为其中i＝1,...,M，N为噪声子空间的维数，γ₁≥γ₂≥...≥γ_p+1≥γ_p+2...≥γ_M表示对应的M个特征值，γ_M表示第M个特征值，u_i表示对应的特征向量，i＝1,...,M，Λ_S＝diag(γ₁,γ₂,...,γ_p+1)表示信号特征向量组成的对角阵，Λ_N＝diag(γ_p+2,...,γ_M)表示噪声特征向量组成的对角阵；U_S＝[u₁,u₂,...,u_p+1]，U_N＝[u_p+2,...,u_M]分别为信号子空间和噪声子空间，u_M代表对应的特征向量，对应噪声子空间的特征向量矩阵即为噪声子空间U_N中的各元素构成的矩阵；

则最优对角加载量表示为信号子空间U_S各列向量u₁,u₂,...,u_p+1的线性组合，即：

其中，α表示组合系数γ₁,γ₂,...,γ_p+1组成的列向量，将进行标量化，计算其模值得到满足约束的最优解；

再通过计算最优权矢量，其中，ω表示最优权矢量，表示重构后的协方差矩阵，表示矩阵的转置，表示矩阵的转置；

步骤4，信号处理模块利用阵元之间的关系，求出相应的目标角度的估计值及角度分辨力。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，步骤4中，设定由收发天线模块中的阵元排布产生的阵列天线的相位中心相距为D，若上述阵列天线存在两组，且两阵列均为由N个阵元构成的等距线阵，发射信号波长为λ，阵元间距为d，目标真实角度为θ_t，采用相位比较法得到两个子阵列输出信号的相位差为根据相位差得到目标角度估计值

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，采用如下公式计算相位差