[發明專利]復雜地形下的米波雷達低仰角目標測高方法

在審

• 申請號: 201610045156.0
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105785337A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 劉源;張磊;劉宏偉;趙永波
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;西安中電科西電科大雷達技術協同創新研究院有限公司
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/72;G01S13/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開一種復雜地形下的米波雷達低仰角目標測高方法，主要解決現有方法在復雜多徑環境下無法保證對低仰角目標高度有效估計的問題。其實現過程是：1.估計米波雷達回波數據的協方差矩陣，并對其進行奇異值分解，獲取噪聲子空間；2.在平坦地形鏡面反射模型下，根據獲取的噪聲子空間，對目標仰角進行粗估計；3.在復雜地形情況下，根據目標仰角粗估計值和獲取的噪聲子空間，對地面反射系數、反射面高度、目標仰角及鏡像角度進行聯合估計，得到目標仰角最終估計值；4.利用天線陣列與目標仰角的估計值，得到目標高度估計值。本發明能有效實現對低仰角目標高度的測量，提升雷達對復雜多徑環境下低仰角目標的跟蹤性能，可用于目標跟蹤與探測。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，涉及雷達低仰角目標測高方法，可用于復雜地形環境下米波雷達對低仰角目標仰角及高度的估計。

背景技術

米波雷達在反隱身目標、抗反輻射導彈等方面具有優勢，已越來越受到世界各國的重視。但其在低仰角跟蹤中仍面臨一些技術難題。造成米波雷達低仰角跟蹤困難的主要原因是多徑效應的存在，即存在與目標直達波信號相干的地、海面反射的多徑信號，從而影響了其對目標的定位。

現有的低仰角目標角度估計方法可分為改進的單脈沖技術和陣列超分辨技術兩大類。改進的單脈沖處理技術有固定波束法，雙零陷法和復數指示角法。這類算法運算量低，但是當目標仰角小于波束寬度的四分之一時，上述算法估角偏差較大。陣列超分辨技術是人們解決多徑問題的主要研究方向，其中以多重信號分類MUSIC算法和最大似然ML算法最為代表。MUSIC算法最為明顯的缺陷是不能用來直接處理相干信號，雖然通過空間平滑技術可以改善MUSIC算法對相關信號的處理能力，但空間平滑會帶來陣列有效孔徑的損失。最大似然算法可以直接處理相干信號，是米波雷達測角問題中最常用的算法，但是最大似然算法需要進行多維搜索，運算量較大。為此，有學者提出了一種改進的最大似然RML算法，該算法通過預先得到的目標距離和天線高度等先驗信息，利用直達波信號與反射波信號之間存在的幾何關系，最終只需進行一維搜索便可完成對目標仰角的估計，大大減少了運算量。但是在實際應用中，對于地面非平坦的復雜地形情況下，反射面高度及地面復反射系數等信息一般是未知的且很難測量，這將使得上述算法中的幾何關系失效，導致最大似然算法無法有效對低仰角目標高度進行測量，從而影響米波雷達對低仰角目標的跟蹤性能。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種復雜地形下的米波雷達低仰角目標測高方法，以在地面非平坦、反射面高度未知的情況下完成對低仰角目標高度的測量，改善復雜多徑條件下米波雷達對低仰角目標的跟蹤性能。

實現本發明目的的技術方案，包括如下步驟：

(1)利用陣列天線接收目標回波數據X，求取該接收數據的協方差矩陣RX；

(2)對協方差矩陣RX進行奇異值分解，得到小特征值對應的特征向量vm，構成噪聲子空間：

Un＝[vK+1,…,vm,…,vM]T，

其中，m＝K+1,…,M，K為目標個數，M為天線個數，K＜M，(·)T表示轉置運算；

(3)假設地形平坦，根據噪聲子空間Un，利用廣義MUSIC算法得到目標仰角的粗估計值θ0；

(4)復雜地形情況下，對地面反射系數、反射面高度、目標仰角及鏡像角度進行聯合估計，得到目標仰角最終估計值：