[發(fā)明專利]基于結(jié)構(gòu)化遞歸最小二乘的米波雷達(dá)測(cè)高方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910057762.8
• 申請(qǐng)日: 2019-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN109633635B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宏偉;劉源;鄭浩;趙永波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/88
• 分類號(hào): G01S13/88;G01S13/72;G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發(fā)明公開一種基于結(jié)構(gòu)化遞歸最小二乘的米波雷達(dá)測(cè)高方法，主要解決現(xiàn)有方法在復(fù)雜地形環(huán)境下多徑信號(hào)數(shù)目未知時(shí)，無法保證對(duì)低仰角目標(biāo)高度有效估計(jì)的問題。其方案是：1)估計(jì)米波雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，并對(duì)其進(jìn)行特征值分解，獲取噪聲子空間；2)在復(fù)雜地形情況下，利用雷達(dá)回波數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)仰角及鏡像仰角進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)，得到目標(biāo)仰角及鏡像仰角集合的初始估計(jì)值；3)在多徑數(shù)目信息未知的情況下，利用1)和2)的結(jié)果迭代估計(jì)目標(biāo)仰角及鏡像仰角，得到目標(biāo)仰角最終估計(jì)值；4)利用最終估計(jì)值，計(jì)算出目標(biāo)高度。本發(fā)明能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)低仰角目標(biāo)仰角及高度的測(cè)量，提升雷達(dá)對(duì)復(fù)雜多徑環(huán)境下低仰角目標(biāo)的跟蹤性能，可用于目標(biāo)跟蹤與定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種米波雷達(dá)目標(biāo)測(cè)高方法，可用于復(fù)雜陣地條件下米波雷達(dá)對(duì)低仰角目標(biāo)仰角及高度的估計(jì)。

背景技術(shù)

米波雷達(dá)在中遠(yuǎn)程預(yù)警等方面具有優(yōu)勢(shì)，近些年越來越受到世界各國的重視。但其在復(fù)雜陣地環(huán)境、多徑數(shù)目未知的情況下對(duì)低仰角目標(biāo)的跟蹤仍面臨一些技術(shù)難題。造成該問題的主要原因是由于多徑效應(yīng)的存在，即雷達(dá)回波信號(hào)中即包含目標(biāo)直達(dá)波信號(hào)又包含與目標(biāo)直達(dá)波信號(hào)相干的地面反射多徑信號(hào)，從而影響了其對(duì)目標(biāo)仰角的估計(jì)性能以及對(duì)目標(biāo)的跟蹤性能。

近些年來，隨著數(shù)字陣列雷達(dá)的發(fā)展，通過陣列超分辨技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)低仰角目標(biāo)仰角的精確估計(jì)成為了眾學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。現(xiàn)有的米波雷達(dá)低仰角目標(biāo)測(cè)高算法大致可分為基于子空間類算法和基于最大似然類算法兩大類。第一類算法以經(jīng)典多重信號(hào)分類MUSIC算法最為代表，但經(jīng)典MUSIC算法最為突顯的缺陷之一是不能直接處理相干信號(hào)，雖然通過空間平滑技術(shù)SS可以使陣列接收信號(hào)協(xié)方差矩陣的秩在相干源情況下得以有效恢復(fù)，從而改善經(jīng)典MUSIC算法對(duì)相關(guān)信號(hào)的處理能力，但空間平滑SS-MUSIC算法會(huì)帶來有效陣列孔徑的損失，進(jìn)而降低算法的參數(shù)估計(jì)性能。最大似然ML類算法是另一類常見的陣列超分辨測(cè)高算法，這類算法可以直接用來處理相干源場(chǎng)景且對(duì)陣列流形沒有特殊要求，是參數(shù)估計(jì)理論中一種典型的估計(jì)方法，但其對(duì)似然函數(shù)的求解是一個(gè)非線性的多維優(yōu)化問題，直接通過多維搜索求解所需運(yùn)算量隨著目標(biāo)個(gè)數(shù)的增加呈指數(shù)增長，難以滿足實(shí)時(shí)性應(yīng)用。為此，有學(xué)者提出了一種改進(jìn)的最大似然RML算法，該算法通過利用一些先驗(yàn)信息，如天線高度，直達(dá)波信號(hào)與反射波信號(hào)之間的結(jié)構(gòu)信息，簡(jiǎn)化了信號(hào)模型，最終只需進(jìn)行一維搜索便可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)仰角的估計(jì)，大大減少了運(yùn)算量。但是在實(shí)際應(yīng)用中，特別是在山區(qū)、丘陵等復(fù)雜地形場(chǎng)景下，由于直達(dá)波信號(hào)與多徑信號(hào)之間的內(nèi)在結(jié)構(gòu)關(guān)系會(huì)隨著目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)而改變且很難量測(cè)，導(dǎo)致現(xiàn)有經(jīng)典多徑信號(hào)模型與真實(shí)目標(biāo)回波之間可能將產(chǎn)生失配，使得上述依賴地形信息RML測(cè)高算法無法對(duì)復(fù)雜地形情況下低仰角目標(biāo)仰角進(jìn)行有效估計(jì)，從而影響了米波雷達(dá)在復(fù)雜地形情況下對(duì)低仰角目標(biāo)的跟蹤性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種復(fù)雜陣地環(huán)境下的米波雷達(dá)目標(biāo)測(cè)高方法，以在反射面非平坦、多徑數(shù)目未知的情況下完成對(duì)低仰角目標(biāo)仰角以及高度的估計(jì)，改善復(fù)雜陣地環(huán)境下米波雷達(dá)對(duì)低仰角目標(biāo)的跟蹤性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案，包括如下：

1.基于結(jié)構(gòu)化遞歸最小二乘的米波雷達(dá)測(cè)高方法，包括：

(1)利用陣列天線接收目標(biāo)回波數(shù)據(jù)X，估計(jì)該接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣R_X；

(2)對(duì)協(xié)方差矩陣R_X進(jìn)行特征值分解，得到噪聲子空間U_n；

(3)在復(fù)雜陣地及多徑數(shù)目未知的情況下，利用目標(biāo)回波數(shù)據(jù)X，對(duì)目標(biāo)仰角及鏡像仰角進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)，得到目標(biāo)仰角及鏡像仰角的初始估計(jì)值：

(3a)設(shè)定最大迭代次數(shù)I＝20，令初始迭代序列i＝1，通過目標(biāo)回波數(shù)據(jù)X構(gòu)造如下代價(jià)函數(shù)：