本發(fā)明屬于雷達技術領域，特別涉及一種基于天線方向圖信息的地面運動目標定位方法。

背景技術：

機載雷達通過發(fā)射大的時寬帶寬積信號來提高距離向分辨率，利用載機平臺與地面目標的相對運動而引起的多普勒頻移來提高方位向分辨率，合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)作為一種對地觀測的重要傳感器系統(tǒng)，具有全天候、全天時、高分辨的特點，通過與地面動目標檢測(Ground Moving Target Indication,GMTI)相結合的SAR-GMTI技術，可以很好的實現(xiàn)對地面靜止場景和感興趣的運動目標的檢測，然后，當雷達工作在SAR-GMTI模式時，雷達波束通常是固定不動的，當目標脫離雷達波束視線時，雷達很難做到對感興趣目標的實時跟蹤，為了實現(xiàn)對感興趣的運動目標的多視角檢測與跟蹤，國內外學者提出了Scan-GMTI技術，即將雷達波束工作在掃描模式下，通過一個窄波束對360°空域進行掃描，并在各個視角下分別進行成像與動目標檢測，通過多視角的成像與檢測提高對地面運動目標的檢測能力。

由于載機平臺的運動，地面雜波譜會產生展寬，因此需要采用沿航跡干涉(Along Track Interferometry,ATI)，相位中心偏置天線(Displaced Phase Center Antenna,DPCA)，空時自適應處理(Space-Time Adaptive Processing,STAP)及其降維形式進行雜波抑制，雜波抑制完成之后，就需要對目標進行定位，由于天線加工工藝，天線陣元位置以及通道特性的影響，各個接收通道之間的幅相特性并不是完全一致的，引起運動目標定位精度的大幅度下降，對后期的對地精確打擊造成了很大影響。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：由于天線加工工藝，天線陣元位置以及通道之間的幅相特性并不是完全一致的影響，從而引起運動目標定位精度的大幅度下降。

為解決上面的技術問題，本發(fā)明提供了一種基于天線方向圖信息的地面運動目標定位方法，該方法步驟包括如下：

S1，對機載雷達的原始回波信號的和通道數(shù)據(jù)、差通道數(shù)據(jù)分別進行距離向的脈沖壓縮和距離走動校正處理，得到距離脈壓后的和通道數(shù)據(jù)、距離脈壓后的差通道數(shù)據(jù)；

S2，根據(jù)實際的雷達系統(tǒng)參數(shù)對和、差通道的天線方向圖進行建模，得到理想情況下的和、差測角曲線在天線波束寬度內的測角曲線K；

S3，將微波暗室實測得到的和通道數(shù)據(jù)S_Σ以及微波暗室實測得到差通道數(shù)據(jù)S_Δ進行和、差測角，得到實際情況下的和、差測角曲線在天線波束寬度內的測角曲線K'；

S4，根據(jù)實際的和、差測角曲線K'與理想的和、差測角曲線K利用最小二乘準則計算出相位誤差

S5，根據(jù)相位誤差求出最小二乘相位補償因子對實際情況下的和、差通道的測角曲線乘以相位補償因子得到相位誤差補償后在天線波束寬度內的改進測角曲線

S6，對和通道數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)進行單元恒虛警檢測，對經過恒虛警檢測后的和通道數(shù)據(jù)與步驟S1中的距離脈壓后的差通道數(shù)據(jù)進行相位補償，然后利用S5中改進的測角曲線K”對檢測后的和通道目標數(shù)據(jù)以及與和通道目標數(shù)據(jù)相對應的差通道目標數(shù)據(jù)進行和、差測角，求出目標相對于波束中心的角度偏移量；

S7，依據(jù)S6中的角度偏移量以及目標當時所在的波束中心角，求出目標在空間的真實幾何位置，實現(xiàn)對檢測到的所有點目標的精確定位。

本發(fā)明的有益效果：通過這樣的方法，天線陣元位置以及通道之間的幅相特性能夠調節(jié)到完全一致的水平，從而使得運動目標定位精度的大幅度提升。

進一步，所述的S2的測角曲線K和所述的S3中的測角曲線K'均是在天線波束寬度內測得的。

進一步，步驟S2中，所述理想情況下的和、差測角曲線在天線波束寬度內的測角曲線K，其表達式為：

其中，j是虛數(shù)單位，θ_i表示天線波束在第i個波束指向的波束中心角，D表示天線孔徑長度，λ為天線波長，δθ為相對于波束中心的角度偏移量。

進一步，步驟S3中，所述實際情況下的和、差測角曲線在天線波束寬度內的測角曲線K'，其表達式為：

其中，其中A₁和A₂分別表示通道1和通道2的幅度誤差，和表示通道1和通道2的相位誤差，和分別表示由于通道失配所引起的和通道信號與差通道信號，j是虛數(shù)單位。

進一步，步驟S4中，所述實際的天線方向圖與理想的天線方向圖的相位誤差角采用最小二乘準則求得，并且滿足如下約束關系式

進一步，步驟S5中，所述對實際測角曲線進行補償，得到在天線波束寬度內的改進測角曲線K”，即

其中

D表示天線孔徑長度，λ為天線波長,j是虛數(shù)單位。

有益效果：利用了實際方向圖與理想方向圖之間的相位差異，擬合出實際天線方向圖的鑒角曲線，利用相位差異對機載雷達的回波數(shù)據(jù)進行補償，通過實際的鑒角曲線對前視場景進行單脈沖測角，得到的實測測試位置更加穩(wěn)健，位置更精確。

進一步，步驟S6中，具體為設檢測出的目標所在的和、差通道數(shù)據(jù)分別為與T_Δ,l(m,n)，其中m表示第m個距離單元，m為(1、2、3、…、m、…、M)，n表示第n個脈沖單元，n為(1、2、3、…、n、…N)，l表示第l個目標，l為(1、2、3、…、l、…、L)，對恒虛警檢測到的第l個目標乘以相位補償因子進行相位補償，然后采用改進的測角曲線K”對恒虛警檢測到的目標進行采用和、差測角，得到第l個目標相對于第i個波束中心角θ_i的偏離量δθ_l。

進一步，所述第l個點目標在m個距離單元第n個脈沖，其相對于主波束的角度偏離量為δθ_l，δθ_l采用下式求解：

D表示天線孔徑長度，λ為天線波長，atan(·)表示求反正切值，imag(·)表示求虛部運算。其中θ_i表示第i個波束中心。

進一步，所述的S7，具體為該點目標在空間的真實位置θ_l＝θ_i+δθ_l，其中θ_i表示第i個波束中心，θ_l是表示目標l點的位置。

進一步，所述S7還包括：對S6中檢測到的L個點目標采用改進的測角曲線K”進行測角，求得點目標在空間的真實位置θ_l＝θ_i+δθ_l，直至第i個波束內的所有L個目標處理完畢，i為(1、2、3、…、i、…、I)，對I個波束內的所有目標進行目標的檢測與定位，直至所有的波束處理完畢。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的地面運動目標定位方法流程圖；

圖2是傳統(tǒng)方法的單脈沖測角曲線示意圖；

圖3是本發(fā)明方法的單脈沖測角曲線示意圖；

圖4是傳統(tǒng)方法的動目標定位結果示意圖；

圖5是本發(fā)明方法的動目標定位結果示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實施例

如附圖1所示的，一種基于天線方向圖信息的地面運動目標定位方法，該方法步驟包括如下：

S1，對機載雷達的原始回波信號的和通道數(shù)據(jù)、差通道數(shù)據(jù)分別進行距離向的脈沖壓縮和距離走動校正處理，得到距離脈壓后的和通道數(shù)據(jù)、距離脈壓后的差通道數(shù)據(jù)；

S2，根據(jù)實際的雷達系統(tǒng)參數(shù)對和、差通道的天線方向圖進行建模，得到理想情況下的和、差測角曲線在天線波束寬度內的測角曲線K；

理想情況下的和、差測角曲線在天線波束寬度內的測角曲線K，其表達式為：

其中，θ_i表示天線波束在第i個波束指向的波束中心角，D表示天線孔徑長度，λ為天線波長，δθ為相對于波束中心的角度偏移量，j是虛數(shù)單位。

S3，將微波暗室實測得到的和通道數(shù)據(jù)S_Σ以及微波暗室實測得到差通道數(shù)據(jù)S_Δ進行和、差測角，得到實際情況下的和、差測角曲線在天線波束寬度內的測角曲線K'；

實際情況下的和、差測角曲線在天線波束寬度內的測角曲線K'，其表達式為：

其中，j是虛數(shù)單位，其中A₁和A₂分別表示通道1和通道2的幅度誤差，和表示通道1和通道2的相位誤差，和分別表示由于通道失配所引起的和通道信號與差通道信號。

S4，根據(jù)實際的和、差測角曲線K'與理想的和、差測角曲線K利用最小二乘準則計算出相位誤差此處的相位誤差是先假設，滿足下面的方程式的，通過聯(lián)結步驟S5的兩條方程，兩個未知數(shù)，可以求解出(K”)，然后再求出

實際的天線方向圖與理想的天線方向圖的相位誤差角采用最小二乘準則求得，并且滿足如下約束關系式

S5，根據(jù)相位誤差求出最小二乘相位補償因子對實際情況下的和、差通道的測角曲線乘以相位補償因子得到相位誤差補償后在天線波束寬度內的改進測角曲線

對實際測角曲線進行補償，得到在天線波束寬度內的改進測角曲線K”，

即

其中

D表示天線孔徑長度，λ為天線波長,j是虛數(shù)單位。

S6，對和通道數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)進行單元恒虛警檢測，對經過恒虛警檢測后的和通道數(shù)據(jù)與步驟S1中的距離脈壓后的差通道數(shù)據(jù)進行相位補償，然后利用改進的測角曲線K”對檢測后的和通道目標數(shù)據(jù)以及與和通道目標數(shù)據(jù)相對應的差通道目標數(shù)據(jù)進行和、差測角，求出目標相對于波束中心的角度偏移量；

其具體為設檢測出的目標所在的和、差通道數(shù)據(jù)分別為T_Σ,l(m,n)與T_Δ,l(m,n)，其中m表示第m個距離單元，m為(1、2、3、…、m、…、M)，n表示第n個脈沖單元，n為(1、2、3、…、n、…N)，l表示第l個目標，l為(1、2、3、…、l、…、L)，對恒虛警檢測到的第l個目標乘以相位補償因子進行相位補償，然后采用改進的測角曲線K”對恒虛警檢測到的目標進行采用和、差測角，得到第l個目標相對于第i個波束中心角θ_i的偏離量δθ_l。

第l個點目標在m個距離單元第n個脈沖，其相對于主波束的角度偏離量為δθ_l，δθ_l采用下式求解：

D表示天線孔徑長度，λ為天線波長，atan(·)表示求反正切值，imag(·)表示求虛部運算，其中θ_i表示第i個波束中心。

S7，依據(jù)S6中的角度偏移量以及目標當時所在的波束中心角，求出目標在空間的真實幾何位置，實現(xiàn)對檢測到的所有點目標的精確定位。

其具體為該點目標在空間的真實位置θ_l＝θ_i+δθ_l，其中θ_i表示第i個波束中心，θ_l是表示目標l點的位置；

對S6中檢測到的L個點目標采用改進的測角曲線K”進行測角，求得點目標在空間的真實位置θ_l＝θ_i+δθ_l，直至第i個波束內的所有L個目標處理完畢，i為(1、2、3、…、i、…、I)，對I個波束內的所有目標進行目標的檢測與定位，直至所有的波束處理完畢。

1)仿真實驗環(huán)境：

實驗環(huán)境：MATLAB R2009b,Intel(R)Pentium(R)2CPU 2.7GHz，Window 7旗艦版。

2)仿真實驗內容及結果分析：

將機載雷達獲取的回波數(shù)據(jù)，在仿真實驗環(huán)境下，分別應用傳統(tǒng)的單脈沖干涉動目標定位方法和本發(fā)明方法進行目標定位。圖2和圖3分別是原始的測角曲線和本發(fā)明方法所提的改進的測角曲線。采用這兩種測角曲線分別對檢測到的運動目標進行定位，定位結果如圖4和圖5所示。成像角度范圍是載機正前方正負15°的范圍。

從圖2可以看出，由于受接收通道的幅相誤差的影響，原始的測角曲線的斜率較小，測角曲線的一部分能量泄漏到了實部，這意味著對于和、差比值較小的一些點目標很難準確估計出其角度偏移量。

從圖3可以看出，經過相誤差補償之后，改進的測角曲線的斜率變大，這意味著對不同的和、差比值的點目標其對應的其角度偏移量的區(qū)分度變大。

從圖4中可以看出，由于受實際天線方向圖相位誤差影響，傳統(tǒng)的單脈沖干涉動目標定位方法具有一定的模糊性，特別是目標定位比較分散。

從圖5中可以看出，本發(fā)明方法的動目標定位結果中，目標航跡的顯示更加集中，說明本發(fā)明方法具有穩(wěn)健性，可以提高動目標的定位精度。

在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。