[發明專利]一種基于分布源反射模型的米波雷達低仰角測高方法

有效

• 申請號: 201410074729.3
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103885054A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 陳伯孝;楊明磊;鄭軼松;朱偉;武宇娟
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/06
• 分類號: G01S13/06
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明屬于雷達信號處理技術領域，涉及一種基于分布源反射模型的米波雷達低仰角測高方法。

背景技術

米波雷達是二戰中發明和使用的主要防空雷達，但是隨著戰后微波技術和器件工藝的發展，雷達工作頻段也在向毫米波、微波發展，而米波雷達由于體積大、測角精度低等原因，發展處于停滯狀態。近年來，隨著隱身技術，反輻射導彈等反雷達技術的發展，現代雷達的生存面臨重大威脅。而米波雷達波長較長，在反隱身和抗反輻射方面具有天然的優勢，因而，得到了各國的普遍重視并再次獲得了快速的發展。

米波雷達低仰角測高問題是一直困擾米波雷達的一個難題。低仰角時，雷達回波為直達波和多徑反射波之和，且仰角越低，多徑反射波越強。直達波和反射波是一組相干源，都在主瓣波束寬度內，且米波雷達工作距離遠，信噪比低。低仰角測高問題實質就是在低信噪比情況下，分辨和測量兩個夾角很小的相干源來波方向問題。低仰角時地形起伏對測高影響很大，崎嶇的地表或強海情海面等非平坦反射面會使目前大部分測高算法失效。特別是地面粗糙度較大時，無法用一個點源來描述多徑反射波，此時多徑反射波不再符合鏡面反射模型。

目前，常用的米波雷達低仰角測高方法主要有以下幾種：

(1)基于鏡面反射模型的最大似然方法。該方法假定反射面平坦，只考慮一條鏡面反射回波路徑，同時充分利用天線高度、目標與雷達的距離、地球曲率等先驗信息，減少待估計參數，提高參數估計精度。然而，復雜陣地下多徑回波路徑遠不止一條，近似的鏡面反射模型會導致測角精度下降。

(2)基于波瓣分裂的米波雷達測高方法。見陳伯孝于2006年在《電子學報》和雷達年會上介紹的“基于波瓣分裂的米波雷達測高方法”。這是一種在垂直維只需3根天線的米波雷達的低仰角測高方法。該方法只適合于平坦陣地，并對陣地的平坦性要求較高，其測高精度只能達到距離的1%，難以滿足一些精度較高的實際使用要求。

(3)特征子空間類方法。此類方法通過空間平滑、Toeplitz化等方法來進行解相干，能夠處理相干源信號。但是，空間平滑等降維處理會降低天線的有效孔徑，導致波瓣變寬，角分辨率下降，而Toeplitz算法估計偏差較大；并且此類算法無法適用復雜陣地。

綜上所述，現有米波雷達低仰角測高方法適用的前提是反射面較為平坦或者起伏不大。但是，在較復雜的陣地，比如崎嶇的地面、強海情的海面等起伏較大的反射面，其多徑回波中漫散射功率占主導地位，現有方法均難以得到較好的測高效果。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種基于分布源反射模型的米波雷達低仰角測高方法，以提高雷達在復雜陣地下的測角、測高精度。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

一種基于分布源反射模型的米波雷達低仰角測高方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：對雷達回波信號進行采集，得到目標信號X(t)，進而計算得到目標信號的協方差矩陣

步驟2：假設雷達回波信號中的反射波信號為單點源信號，使用數字波束合成計算得到雷達俯仰角的粗測值θ_d^c，設定雷達俯仰角搜索范圍θ_d^c±Δθ；

步驟3：在雷達俯仰角搜索范圍θ_d^c±Δθ搜索范圍內，設直達波俯仰角為θ_d，計算得到直達波導向矢量a_d(θ_d)；

步驟4：確定雷達回波信號中的反射波信號為分布源信號，分布源服從高斯分布，根據直達波俯仰角θ_d，得到陣列的地面波束投影區范圍，估計陣列的反射波俯仰角θ_i的方差Δ，進而計算得到反射波導向矢量a_i(θ_i)；

步驟5：根據直達波導向矢量a_d(θ_d)和反射波導向矢量a_i(θ_i)得到合成導向矢量a_s(θ_d)，進而得到合成導向矢量的投影矩陣

步驟6：對直達波俯仰角θ_d進行最大似然估計，計算得到俯仰角精確值進而求得目標高度h_t：