弹载相控阵探测器自适应测角算法优化

结合单脉冲测角技术，为实现前视方位向高分辨测角，提出一种基于自适应最优MRC的高分辨测角算法（Adaptive Optimal MRC High-Resolution Angular Measurement Algorithm，AOMRC-AMA），基本思想就是将前视待测目标区域分为多个距离维进行方位向测角，利用每一距离维内最优MRC进行距离维内测角计算，遍历所有距离维的强散射点，拼接得到待测目标区域内的所有强散射点的方位向角度测量结果，AOMRC-AMA具体步骤可以归纳如下：

步骤1　获取目标区域回波数据

不考虑距离维时，设回波经脉压后的和、差通道回波信号矩阵分别为Sum（r，t）、Diff（r，t）。其中：r表示探测波束对应的第r个距离维。进行方位向测角时，设测角结果中最大幅度对应的回波时刻为tmax，则认为该时刻对应的是第r个距离维内的最强散射点。由于此时获得的目标角度信息应用的是式（4-25）所示的单脉冲响应曲线，测量时间与实际对应时间存在误差，记为Δtmax。接下来的步骤就是利用迭代的方式，逐步消除由于回波数据中的杂波及其他干扰引起的MRC误差使其达到该距离维最优。

步骤2　设定有效数据范围

取tmax时刻相邻时间范围，记为Tn，其中n表示迭代次数，当n＝0时，令T0为探测回波的初始时间范围。经过n次迭代后，Tn可以表示为

式中，tδn为第n次迭代时所取的时间范围。由式（4-26）可得Tn的宽度为2tδn，且tδn的取值范围不超过发射波束单个波束主瓣宽度覆盖时间。为实现MRC的自适应动态优化，每一次迭代过程都对和、差回波数据范围进行重新界定，更新后的区域回波数据和、差波束可分别表示为

式中，当n＝1时，所得和、差波束数据称为首次迭代数据。此时的数据相较于原始回波数据更接近最优匹配MRC，即更能体现出该区域内的最强散射点的方位信息。按照上述优化方案，经过不断迭代进一步缩小和、差波束范围。

数据范围的缩小表明了利用的数据包含的误差更少，求解得到的MRC更加接近OMRC。

步骤3　求解不同迭代条件下的MRC

经过每一次迭代后，方位向内最强散射点所得到的MRC可表示为

式中，“*”为取共轭符号。则式（4-28）所示即为第r个距离维第n次迭代后得到的单脉冲响应曲线。由式（4-28）可知，当迭代次数逐渐增加时，单脉冲响应曲线也趋于最优，因此在每一次迭代后需要对此时的MRC进行评估，判断曲线是否满足预设分辨率要求。

一旦方位向测角分辨率满足要求，则停止迭代；若未满足要求，则进一步缩小数据范围，继续进行下一次迭代。对于弹载平台而言，评估阈值的设置不仅需要考虑MRC的精度，同时还要考虑算法的实时性。

步骤4　更新迭代条件(www.xing528.com)

若经过迭代后仍未达到方位向分辨率要求，则需要对迭代条件进行更新并进行下一次迭代。可知：最优的MRC在距离维最强散射点处呈现出类似冲激响应的图形，因此在进行最优判定时，可利用能量占比确定MRC是否达到最优。设最强散射点处的能量为P（r，Tn），其他区域能量为Prest（r，Tn），预设阈值为T（r），则有

式中，当且仅当H1事件（能量比大于或等于预设阈值）发生时，认为tanr（kπθ）是距离维r下的最优单脉冲响应曲线；当H0事件（能量比小于预设阈值）发生时，需要更新时间范围tδn，并进行第n＋1次迭代。

迭代的约束条件应该以满足预设分辨率为宜，过多追求方位向分辨率会导致冗余计算。因此增加约束条件，当tδn／tδ1≤λ时（λ为预设分辨率），即可停止迭代计算并认为此时单脉冲响应曲线最优且迭代次数最少。

步骤5　修正中心位置

在初始求解目标区域强散射点方位向轴偏角时，对应的时刻tmax已经存在误差，因此在每一次迭代进行的同时，需对tmax的位置进行修正。

由于初始求解时，单脉冲响应曲线存在误差较大，所得到的tmax也会存在误差，在每一次更新时间范围的同时，需要对tmax进行修正。设修正量为，则修正后的可以表示为

式（4-30）说明在进入下一次迭代计算时，需要修正最强散射点回波的中心时间，利用代替tmax，进行新一轮的迭代计算。

步骤6　测量强散射点轴偏角

设经迭代计算，距离维r下的最优单脉冲响应曲线为tanr（koptπθ），其中kopt表示最优k值。利用tanr（koptπθ）对距离维r内的目标散射点进行角度估计以及幅度和相位检测。解算获得目标区域内强散射点的轴偏角后，结合此时天线波束扫描角度，得到此时该强散射点相对于弹轴方向的偏移角度。

当获取该距离维内的所有目标角度集合θr后，即可根据（r，θr）确定目标区域强散射点的方位向位置，且每一强散射点测角剖面能够满足方位向分辨率要求，实现前视高分辨测角。

与传统的单脉冲测角流程相比，提出的AOMRC-AMA能够有效消除不同距离向产生的单脉冲响应曲线计算误差，使得同一距离维的单脉冲响应曲线最优。根据目标区域的实际反射回波信号，利用迭代算法自适应调整单脉冲响应曲线，最终获得较高的前视角度分辨率。其具体流程如图4-6所示。

图4-6　自适应最优单脉冲曲线前视高分辨测角算法步骤

图4-6中，相比于传统的单脉冲测角体制AOMRC-AMA增加了求解最优单脉冲响应曲线的步骤，可归纳为：针对初始数据得到相应的单脉冲响应曲线，同时对该曲线进行最优判定，判据如式（4-29）所示，当满足判定条件后，则进行DOA估计步骤，否则进行最优单脉冲响应曲线的优化步骤；若初始数据求解得到的单脉冲响应曲线不能满足判别要求，则利用迭代算法优化该距离维内的单脉冲响应曲线；包括更新迭代参数，更新数据范围，同时也根据数据进行强散射点中心位置修正；最后将求解得到的最优单脉冲响应曲线应用于目标区域同一距离维内的方位向分辨。