一種基于外輻射源的無源雷達固定目標頻域測向方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于雷達技術領域，具體涉及一種基于外輻射源的無源雷達固定目標頻域 測向方法，主要用于固定目標的窄帶連續波或單頻無源雷達測向。
【背景技術】
[0002] 固定目標測向是敵情檢測和戰場偵查的重要內容，在戰場態勢感知領域具有重要 意義。目前常用的測向方法包括實孔徑雷達測向和陣列雷達測向兩種，這兩種方法采用主 動方式，角度分辨率均為0.89 λ/D，其中λ為信號波長，D為天線孔徑或者陣列天線長度。 為了獲得較高的角度分辨率以實現良好的測向性能，一般D要較大，也即采用大實孔徑天 線或者長陣列天線，這使得雷達生產成本大大增加。另外，在現代戰爭中，采取主動照射的 方式極易遭到敵方反輻射導彈的攻擊，上述兩種測向雷達系統的生存能力受到嚴重威脅。
[0003] 無源雷達是一種新體制雷達，自身不發射電磁信號，僅靠接收目標反射其他輻射 源的回波信號并通過信號處理技術而實現對目標進行探測。由于其具有系統配置靈活、隱 蔽性強等優點，能夠有效降低遭受敵方火力摧毀和電磁干擾的概率，有很強的生存能力。此 外還有一定的反隱身能力，具有很好的軍事應用前景，是現代雷達領域的重要研究內容。無 源雷達的外輻射源來源較為廣泛，本發明選用調頻廣播、模擬電視等民用信號作為外輻射 源。相對常用的雷達信號而言，由于民用信號帶寬較小，可以認為是窄帶連續波或是單頻連 續波信號。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題在于提供一種二維空間內基于窄帶外輻射源的無源雷 達固定目標頻域測向方法，以解決現有技術存在的問題。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案： 一種基于外輻射源的無源雷達固定目標頻域測向方法，包括以下步驟： 步驟1，建立測向系統模型：在二維空間內，外輻射源的發射機和目標均固定，并且假 設目標尺寸遠小于目標至接收機的距離，并且小于雷達波束寬度，可以看作點目標；接收機 繞著其旋轉中心做半徑為L的勻速圓周運動，以接收機的旋轉中心為原點，在二維空間內 建立笛卡爾坐標系。
[0006] 步驟2:推導單散射點目標的斜距歷程R得到：R(t)~RtQ+Rrt-L c〇S(0-a)，其 中，艮。為目標到原點的距離，Rt。為發射機到此目標的距離，Θ為接收機與X軸正向之間的 夾角，Θ⑴=9。+〇1：，Θ。為初始角度，ω為接收機旋轉角速度，a為目標與X軸之間的 夾角。
[0007] 步驟3,推導解調后單散射點目標回波信號模型得到： CN 105137388 A 說明書 2/7 頁
其中，〇為目標散射強度，λ為信號波長。
[0008] 步驟4,對步驟3得到的解調后的回波信號模型進行變量替代：
得到單散射點目標回波信號模型的頻域表達式為：
[0009] 步驟5,將單散射點目標回波信號頻域表達式拓展至多目標情況，將目標散射強 度函數進行修正，進而得到多目標回波信號頻域表達式與修正后的目標強度函數之間的關 系，為二維傅里葉變化對： 假設第i個目標與X軸正向之間夾角為Ct1，其散射強度系數為〇1，到發射機和接收機 距離分別為RtJP R "，則所有目標的散射強度函數為：
定義g(x，y)為修正后的目標散射強度函數：
則多個目標的回波信號形式為： G (X, Y) = / / g (x, y) exp {j2 Ji (Xx+Yy)} dxdy (I) 對回波信號進行二維傅里葉逆變換得： g (X，y) = J J G (X，Y) exp {-j2 π (Xx+Yy)} dXdY (2) 其中，式（I)和式（2)為二維傅里葉變化對。
[0010] 步驟6 :對步驟5中的式（2)進行極坐標變換得到： g(r, a) = / f G(p, Θ) exp {-j2 π p rcos (α-θ)} pdpdB 根據步驟4中的變量替代關系有：
，并轉化為一維卷積運算，得到：
上式中?為卷積運算符；根據傅里葉變換與卷積運算的關系，上式可寫為： CN 105137388 A I兄明書 3/7 頁
其中，FFT和IFFT分別表示快速傅里葉變換和快速傅里葉逆變換。
[0011] 所述步驟2中斜據歷程R的推導過程為：根據步驟1的測向模型，假設接收機的坐 標為外輻射源發射機的坐標為（x t，yt)，場景中任一目標散射點坐標為（&，％)，此 目標到原點的距離SR rt，且發射機到此目標距離為Rt(]，接收機與X軸正向之間夾角為θ， 目標與X軸之間夾角為α，則有：Θ (t) = Θ。+(〇1：，其中，Θ。為初始角度，ω為接收機旋轉 角速度；并且有：
，求出斜距歷程R :
〇.
[0012] 所述步驟3中解調后單散射點目標回波信號模型的推導過程為：外輻射源信號表 示為eXp{j23ift}，其中的f為信號頻率；若τ為信號時延，則點目標回波信號為：
解調后的回波信號形式為：
其中，〇為目標散射強度，λ為信號波長。
[0013] 本發明在二維空間內基于窄帶外輻射源信號實現了無源雷達固定目標頻域測向 方法，采用了極坐標算法，最后歸結為卷積運算，而卷積運算又可以采用快速傅里葉變換和 逆變換進行處理，大大降低了算法的運算量，魯棒性高，有較高的測向精度，可以同時測得 觀察區域內的多個目標方向。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明的系統示意圖。
[0015] 圖2為本發明當接收機旋轉半徑L為6m，外輻射源信號頻率f為300MHz時的測向 仿真結果圖。
[0016] 圖3為本發明當外輻射源信號頻率f為300MHz，接收機旋轉半徑L分別為lm、2m、 8m時的測向仿真結果圖。
[0017] 圖4為本發明當接收機旋轉半徑L為6m，外輻射源信號頻率f分別為100MHz、 200MHz、600MHz時的測向仿真結果圖。
[0018] 圖5為本發明的五個隨機目標的測向仿真結果圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0020] 本發明提供一種二維空間內無源雷達固定目標頻域測向方法，包括以下步驟： 步驟1，建立測向系統模型。在二維空間內，外輻射源的發射機和目標均固定，并且假設 目標尺寸遠小于目標至接收機的距離，并且小于雷達波束寬度，可以看作點目標。接收機繞 著其旋轉中心做半徑為L的勻速圓周運動，以接收機的旋轉中心為原點，在二維空間內建 立笛卡爾坐標系，如圖1所示。
[0021] 步驟2,推導單散射點目標的斜距歷程R。根據上述測向模型，假設接收機的坐標 為（\，y上外輻射源發射機的坐標為（X t，yt)，場景中任一目標散射點坐標為（Xc，^)，此目 標到原點的距離為R1^且發射機到此目標距離為R t(]，接收機與X軸正向之間夾角為θ，目 標與X軸之間夾角為α，則有： Θ (t) = θ 〇+ ω t 其中，9。為初始角度，ω為接收機旋轉角速度。并且有：
求出斜距歷程R :
[0022] 步驟3,推導解調后單散射點目標回波信號模型： 由于采用的外輻射源信號，而一般情況下外輻射源信號為窄帶信號，在本發明中，忽略 信號帶寬，將其視為單頻信號。故外輻射源信號可表示為exp U2 π ft}，其中的f為信號頻 率。若τ為信號時延，則點目標回波信號為： CN 105137388 A I兄明書 5/7 頁
解調后的回波信號形式為：
其中，〇為目標散射強度，λ為信號波長。
[0023] 步驟4,對步驟3得到的解調后的回波信號進行變量替代：
則單散射點目標回波信號模型的頻域表達式為：
[0024] 步驟5,如果測向區域內存在有多個點目標，將單散射點目標回波信號頻域表達式 拓展至多目標情況，將目標散射強度函數進行修正，進而得到多目標回波信