一种阵列分解的分布式阵列测角方法
技术领域
本发明涉及角度测量领域，具体涉及一种阵列分解的分布式阵列测角方法。
背景技术
目标角度估计对于目标定位、跟踪有着非常重要的意义，它是制约雷达探测性能的重要因素。单脉冲测角方法利用同时产生的“和”、“差”波束来测量波束宽度范围内的目标角度，原理简单，易于工程实现，已经广泛应用于雷达系统中。
随着电子干扰技术的不断发展，雷达目标探测环境变得越来越复杂，自适应单脉冲测角方法有效结合了自适应波束形成技术和单脉冲测角方法，当目标被干扰信号掩盖时，首先采用自适应波束形成技术对干扰信号进行有效抑制，然后使用单脉冲测角方法进行目标角度测量。当干扰信号位于雷达副瓣位置时，该方法具有良好的性能，然而，当干扰信号位于雷达主瓣位置时，自适应波束形成在对消干扰的同时，会造成目标回波能量严重损失，无法完成目标探测。
因此，针对主瓣干扰的场景，可以在主雷达周围增加辅助接收单元形成分布式阵列，通过对多部小孔径单元雷达进行信号级的融合处理，使其性能等效于大孔径雷达。借助大孔径阵列的空间高分辨率优势，在保护目标回波能量的同时对消主瓣干扰。然而，大孔径阵列存在栅瓣，存在测角模糊不利于测角。因此需要对分布式阵列对消主瓣干扰下的目标角度估计算法进行深入研究。
发明内容
有鉴于此，针对上述已有技术的不足，本发明提供了一种阵列分解的分布式阵列测角方法，能够在有效抑制主瓣干扰的同时，精确测量目标角度。
一种阵列分解的分布式阵列测角方法，包括如下步骤：
步骤一、分布式雷达阵列分解：
设分布式雷达包含一个主阵和M个辅助阵，且均为相控阵体制，其中，设主阵包含NM个阵元，阵元间距为λ/2；辅助阵包含NA个阵元，阵元间距为λ/2，且主阵的阵元数与辅助阵的阵元数满足整数倍关系，即NM＝K·NA；λ表示信号波长；
则分布式雷达共有(K+M)NA个阵元，将其分解为NB＝K+M个子阵，每个子阵包含NA个阵元，将阵元级子阵列记作阵列A，子阵级子阵列记作阵列B；
步骤二、阵列A单脉冲测角：
将阵列A关于天线中心对称放置，天线孔径应该划分为两个象限，每个象限有NA/2个阵元，用该两个象限中阵元完成目标角度测量，由此确定阵列A的权矢量，设为WA(θ)；
步骤三、采用阵列B抑制主瓣干扰，由此获得阵列B的权矢量，设为WB(θ)；
步骤四、根据如下公式计算分布式雷达权矢量：
利用权矢量WC(θ)实现目标角度的测量。
较佳的，阵列B是由NB个阵元构成的线性阵列，该NB个阵元非均匀布阵构成大口径分布式阵列。
较佳的，所述步骤三中，采用自适应波束形成或者主分量求逆方法抑制主瓣干扰。
较佳的，当采用主分量求逆方法抑制主瓣干扰时，具体过程为：
远场处有一个期望信号和一个干扰以平面波入射，到达角度分别为θt和θj，将阵列B接收的快拍数据表示为：
X＝a(θt)st+a(θj)sj+n (2)
式中X为NB×1阵列数据向量，n为NB×1维阵列噪声向量；st为目标信源的复包络，sj为干扰信源的复包络，a(θt),a(θj)分别为目标信源和干扰信源的导向矢量；
权矢量为把期望信号导向矢量向与干扰子空间正交的空间投影得到，投影矩阵为：
P为一个NB×NB的系数矩阵，其对角线即为抗主瓣干扰权矢量WB(θ)，干扰对消后的回波写作：
较佳的，所述步骤二中，选定一组加权矢量来构造和、差波束，通过比较完成目标角度测量。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种阵列分解的分布式阵列测角方法，基于子阵划分的思想，将阵列分解为NB＝K+M个子阵，每个子阵包含NA个阵元，则阵元级子阵列记作阵列A，子阵级子阵列记作阵列B；构成大口径分布式阵列，有效抑制干扰；在抑制干扰的同时，精确测量目标角度；本发明的方法适用于分布式抗干扰阵列，是一种在有效抑制干扰的前提下精确测量目标角度的方法，能够有效解决传统方法在干扰抑制后，阵列和差方向图畸变，无法测角的问题。
附图说明
图1为分布式雷达示意图；
图2为分布式雷达阵列分解示意图；
图3为第一级子阵的和差方向图；
图4为第二级子阵自适应干扰抑制方向图；
图5为分布式阵列雷达全阵和差方向图；
图6为分布式阵列雷达全阵鉴角曲线。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
一种阵列分解的分布式阵列测角方法，包括如下步骤：
步骤一、分布式雷达阵列分解
分布式雷达包含一个主阵和M个辅助阵，均为相控阵体制，其中，主阵包含NM个阵元，阵元间距为λ/2；辅助阵包含NA个阵元，阵元间距同样为λ/2，需要注意的是，主阵阵元数与辅助阵阵元数满足整数倍关系，即NM＝K·NA。分布式雷达如图1所示。λ表示信号波长；
因此，分布式雷达共有(K+M)NA个阵元，基于子阵划分的思想，可以将阵列分解为NB＝K+M个子阵，每个子阵包含NA个阵元，则阵元级子阵列记作阵列A，子阵级子阵列记作阵列B，阵列的分解如图2所示。
阵列A的相对位置矢量为dA＝[dA(1),dA(2),...,dA(NA)]T，阵列B的相对位置矢量为dB＝[dB(1),dB(2),...,dB(NB)]T，则合成阵列的相对位置矢量是两个对应子阵列的相对位置矢量的Kronecker和，写作：
阵列A的相对导向矢量为aA(θ)，阵列B的相对导向矢量为aB(θ)，则合成阵列的相对导向矢量是两个对应子阵列的相对导向矢量的Kronecker积，写作：
阵列A的权矢量为WA(θ)，阵列B的权矢量为WB(θ)，则合成阵列的权矢量是两个对应子阵列的权矢量的Kronecker积，写作
阵列A的方向图为FA(θ；WA(θ))，阵列B的方向图为FB(θ；WB(θ))，由Kronecker积的混合乘积性质，原分布式雷达的方向图是两个对应子阵列的方向图的乘积，写作
因此，经过上述步骤实现了对分布式雷达的阵列分解。
步骤二、阵列A单脉冲测角。
假设阵列A是由NA个阵元构成的线性阵列，为了实现单脉冲角度估计，阵列雷达的天线单元关于天线中心对称放置。NA元线性阵列的天线孔径应该划分为两个象限，每个象限有NA/2个阵元，选定一组加权矢量w∑，wΔ来构造和、差波束，通过比较完成目标角度测量。
步骤三、阵列B干扰抑制
阵列B是由NB个阵元构成的线性阵列，为了有效抑制阵列干扰，NB个阵元非均匀布阵构成大口径分布式阵列。远场处有一个期望信号和一个干扰以平面波入射(波长为λ)，到达角度分别为θt和θj，阵列接收的快拍数据可表示为
X＝a(θt)st+a(θj)sj+n (5)
式中X为NB×1阵列数据向量，X＝[x1,x2,…,xNB]T。[]T表示矩阵转置，n为NB×1阵列噪声向量，st为目标信源的复包络，sj为干扰信源的复包络，a(θt),a(θj)分别为目标信源和干扰信源的导向矢量。
接下来可用自适应波束形成、主分量求逆等方法抑制主瓣干扰。本文采用主分量求逆法进行分析。主分量求逆法的基本思想是由阵列接收数据估计出强干扰分量，然后从原始数据中减去这些分量(从而抑制干扰)，再对剩余数据向量进行空域匹配滤波(以期望信号导向矢量a(θ0)为滤波权矢量)得到阵列输出。换言之，权矢量是把期望信号导向矢量向与干扰子空间正交的空间(噪声子空间)投影得到的。写作
Xc＝(I-a(θj)aH(θj))X (6)
＝PX
其中，P＝(I-a(θj)aH(θj))是一个NB×NB的系数矩阵。求得的输出信号Xc已不包含干扰信号。
步骤四、完成干扰抑制下的目标角度测量
阵列A获得单脉冲测角和、差方向图，阵列B获得干扰位置零陷方向图，经过上述处理，分布式雷达能够获得在干扰位置生成零陷的和、差方向图，目标回波能量没有损失，且和差方向图不会畸变。因而，可以在有效抑制干扰的前提下，对目标角度进行测量。
下面给出一个应用本发明的仿真实例，并对角度测量过程进行分析与说明。
分布式阵列雷达由一部主雷达和若干部辅助雷达组成，主雷达和辅助雷达都是相控阵体制，主辅雷达满足两个条件：
主阵和辅阵采用相同的阵元间隔；
主阵尺寸与辅助阵尺寸成整数倍关系；
因此，根据上文分析，该分布式阵列可以分为两级。
仿真参数如下表所示。
表1仿真参数表
步骤1：第一级子阵采用相位和差单脉冲测角法，根据和、差波束权矢量，计算和、差天线方向图，如图3所示。
步骤2：第二级子阵采用主分量相消法获得抗干扰权矢量，从而获得在干扰位置产生零陷的自适应干扰抑制方向图，如图4所示。由于阵列稀疏布置，天线方向图有些杂乱，但从图中明显看出，在干扰位置形成了很深的零陷。
步骤3：和、差波束权矢量分别和抗干扰权矢量相乘，获得分布式阵列雷达每个阵元抗干扰下的和、差波束权矢量，从而计算出在干扰位置产生零陷的和、差方向图，如图5所示。
步骤4：构造和差波束，完成分布式阵列雷达存在干扰下的目标角度测量，鉴角曲线如图6所示，从图中可以看出，鉴角曲线没有因为干扰抑制而产生突变，因此，能够精确测量目标角度。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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