[發(fā)明專利]一種基于混合傳播高頻地波雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)高度估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011054301.4
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112162277B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊強(qiáng);張佳智;鑒福升;王永軍
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S7/41;G01C5/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種基于混合傳播高頻地波雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)高度估計方法，涉及一種飛機(jī)目標(biāo)高度估計方法。對高頻地波雷達(dá)的回波信號進(jìn)行距離、多普勒及數(shù)字波束形成處理，得到距離?速度?角度三維數(shù)據(jù)塊；在高頻地波雷達(dá)回波信號中，獲得飛機(jī)目標(biāo)地波路徑回波信息；利用混合傳播高頻地波雷達(dá)傳播模型，對回波目標(biāo)集合進(jìn)行匹配處理，獲得與飛機(jī)目標(biāo)地波路徑信息匹配的同一飛機(jī)目標(biāo)的天波路徑回波信息；利用匹配得到的同一飛機(jī)目標(biāo)的兩條傳播路徑信息，通過混合傳播模式傳播模型，計算得到對應(yīng)的該飛機(jī)目標(biāo)的飛行高度信息的估計值。用于單站高頻地波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)目標(biāo)的飛行高度信息的獲取，對飛機(jī)目標(biāo)的精確定位，提供有效的高度參數(shù)估計。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種飛機(jī)目標(biāo)高度估計方法，尤其是一種基于混合傳播高頻地波雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)高度估計方法，屬于高頻地波雷達(dá)飛機(jī)目標(biāo)定位領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高頻地波雷達(dá)工作在3-30MHz，其最大探測范圍可覆蓋300至500公里，足以覆蓋200公里的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)并可以對海面艦船和低空飛行目標(biāo)實(shí)現(xiàn)超視距探測，以達(dá)到監(jiān)視和預(yù)警的作用。高頻地波雷達(dá)憑借它探測距離大、范圍廣、超視距、可全天候工作等優(yōu)勢，成為監(jiān)視專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)、為船只提供遠(yuǎn)程保障、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的超視距預(yù)警探測的有利武器。傳統(tǒng)的高頻地波雷達(dá)主要實(shí)現(xiàn)對低速艦船目標(biāo)和高速飛機(jī)目標(biāo)的探測，但由于其單站體制，且其垂直方向上的波束寬度很難控制，因此其很難直接在垂直方向上對目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，也就難以對飛機(jī)目標(biāo)的飛行高度進(jìn)行估計，只能提供其距離、速度、方位信息。

目前，對飛機(jī)目標(biāo)飛行高度的估計主要是基于目標(biāo)回波強(qiáng)度與飛行高度的關(guān)系，通過接收到的目標(biāo)回波的強(qiáng)度的變化，來推導(dǎo)得到飛行高度的值。主要的方法有兩種，一種是Farrell.D C提出的基于擬合飛機(jī)目標(biāo)回波強(qiáng)度隨地波傳播距離的關(guān)系，計算出地波傳播衰減，進(jìn)而獲得飛機(jī)目標(biāo)飛行高度的估計值。另一種是Howland提出的基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的方法對目標(biāo)高度和RCS隨時間的變化進(jìn)行預(yù)測估計。但是，由于飛機(jī)目標(biāo)的姿態(tài)角會不斷發(fā)生變化，其RCS也在隨之變化，因此這兩種方法都很難精確估計目標(biāo)的飛行高度。同時，這些方法僅能對低空飛行目標(biāo)的飛行高度進(jìn)行估計，當(dāng)目標(biāo)處于高空時，采用垂直極化的高頻電磁波的傳播衰減基本不在隨高度的變化而發(fā)生變化，因此以上兩種方法對高空飛行目標(biāo)幾乎都失效。因此在單站高頻地波雷達(dá)背景下，如何進(jìn)行飛機(jī)目標(biāo)的飛行高度估計是一個亟待突破的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決在單站高頻地波雷達(dá)背景下的飛機(jī)目標(biāo)飛行高度估計問題，本發(fā)明提供一種基于混合傳播高頻地波雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)高度估計方法，利用混合傳播模式的回波信息，與傳統(tǒng)地波傳播模式相比，能夠多獲得一條天波回波路徑的信息，很好的彌補(bǔ)了高頻地波雷達(dá)在垂直方向上的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：一種基于混合傳播高頻地波雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)高度估計方法，包括以下步驟：

步驟一：對高頻地波雷達(dá)的回波信號進(jìn)行距離、多普勒及數(shù)字波束形成處理，數(shù)據(jù)的距離維度為R，數(shù)據(jù)的速度維度為D，數(shù)據(jù)的角度維度為A，得到距離-速度-角度三維數(shù)據(jù)塊{data}，其維度為R×D×A；

步驟二：在高頻地波雷達(dá)的回波信號中，獲得飛機(jī)目標(biāo)的地波路徑回波信息，對距離-速度-角度三維數(shù)據(jù)塊{data}進(jìn)行目標(biāo)檢測處理，得到飛機(jī)目標(biāo)回波信息為其中n為經(jīng)過目標(biāo)檢測后得到的第n個飛機(jī)目標(biāo)，n＝1,...,N，代表在這一批數(shù)據(jù)中共檢測出N個飛機(jī)目標(biāo)，k為觀測數(shù)據(jù)批次，為第n個飛機(jī)目標(biāo)第k次觀測的距離信息集合，為第n個飛機(jī)目標(biāo)第k次觀測的多普勒信息集合，為第n個飛機(jī)目標(biāo)第k次觀測的角度信息集合，為第n個飛機(jī)目標(biāo)第k次觀測的幅度信息集合；

步驟三：利用混合傳播高頻地波雷達(dá)傳播模型，對回波目標(biāo)集合進(jìn)行匹配處理，獲得與飛機(jī)目標(biāo)i的地波路徑回波信息匹配的同一飛機(jī)目標(biāo)的天波路徑回波信息；

步驟四：利用匹配得到的同一飛機(jī)目標(biāo)的兩條傳播路徑回波信息，通過混合傳播模式傳播模型，計算得到對應(yīng)的該飛機(jī)目標(biāo)i的飛行高度信息的估計值最后對飛機(jī)目標(biāo)i的飛行高度信息的k次估計結(jié)果取平均值，得到該飛機(jī)目標(biāo)i的高度估計值