米波雷达低仰角测高相关问题研究

米波三坐标雷达低角测高的精度提高研究作者：杨成来源：《电子技术与软件工程》2016年第13期摘要米波三坐标雷达由于其反隐身、反辐射导弹方面具有独特优势，近年来在各国军事战备上受到了普遍重视，但在实际的操作过程中，雷达测高的精度会受到多径效应的影响从从而产生误差，加之米波三坐标雷达使用的米波波长较长而米波雷达天线主瓣波束较宽，因此米波雷达在角分辨率上的体现状况较差，尤其是在低仰角情况下，米波雷达受到的影响更为明显。

本文将从米波三坐标雷达的自身特点出发，分析在低仰角状态下米波雷达测高精度受到的影响，并针对其中存在的问题探讨提高精度的有效方法。

【关键词】米波三坐标雷达低仰角精度米波雷达受到多径效应的影响，对低空目标的仰角测量精度往往存在较大的误差，造成实际操作过程中的目标定位不准以及跟踪性能下降等情况，如何有效的提高米波雷达在低仰角情况下的测高精度是保证米波雷达在实战过程中稳定性和可靠性的前提。

1 米波三坐标雷达及其特点1.1 米波三坐标雷达概述米波雷达工作波长为1～10米，即频率为30～300兆赫之间，传统的米波雷达由于其波长相对于其他雷达较长，而分辨率较低，且探测精度较低，因此主要用于长距离探测以及预警戒防工作。

米波雷达在过去一度被认为是一种性能较差的雷达，因此在很大程度上，米波雷达在实际的军事操作中并没有的到使用，直至20世纪80年代末，俄罗斯在米波雷达研究上取得突破性进展，研制出了多种性能先进的米波三坐标雷达系统，使米波雷达再次进入世界各国研究人员的视野中，重新受到重视。

1.2 米波三坐标雷达特点米波三坐标雷达承袭了传统米波雷达的强大优势，一方面其探测和测距简单，相对较小的辐射功率下能够探测到距离较远的目标，且雷达整体采用的硬件设备都较为简单。

另一方面，米波三坐标雷达具有相当强大的反隐身目标优势，隐身飞机吸波涂层的频带较短，对米波雷达的吸收效果较差，因此米波三坐标雷达还具有明显的对抗反辐射雷达的优势。

雷达低仰角目标检测与测高关键技术研究雷达低仰角目标检测与测高关键技术研究摘要：雷达低仰角目标检测与测高是现代雷达系统中的重要技术问题之一。

低仰角目标检测与测高技术在军事、民用领域具有广泛的应用前景。

本文首先介绍了雷达低仰角目标检测与测高的研究背景和意义，接着深入分析了该技术面临的挑战和问题，并提出了相应的解决方案和关键技术。

通过对多种低仰角目标检测与测高方法的比较与分析，本文最终给出了一种有效的低仰角目标检测与测高技术解决方案，并进行了实验验证。

关键词：雷达，低仰角，目标检测，测高，关键技术1. 研究背景和意义随着现代雷达系统的普及和应用，低仰角目标的检测与测高成为了一个重要的技术问题。

低仰角目标广泛存在于军事、航空、气象和交通等领域，对于实际应用具有重要意义。

例如，在军事领域中，低空飞行的无人机、导弹等目标威胁日益增加；在航空领域中，低空飞行的飞机和直升机也具有重要的监测和救援意义；在气象和交通领域中，对雷暴活动以及风切变的监测也需要对低仰角目标进行准确检测与测高。

因此，研究雷达低仰角目标检测与测高的关键技术具有重要的理论研究和实际应用价值。

2. 面临的挑战和问题然而，雷达低仰角目标检测与测高技术也面临着一系列的挑战和问题。

首先，低仰角会使得目标的雷达回波信号相对较弱，容易受到地面回波的干扰。

其次，地面杂波和多普勒频移会造成信号的复杂多变，影响目标检测的准确性和稳定性。

此外，气象条件和地形环境的影响也会对目标信号的传播和接收造成一定的影响。

3. 解决方案和关键技术为了克服上述问题，研究人员提出了一系列解决方案和关键技术。

首先，通过增加雷达系统的工作频率和功率，可以增强雷达回波信号的强度，提高目标检测的灵敏度。

其次，采用波束形成技术，通过优化天线的方向图和波束宽度，可以减少地面杂波的干扰，提高目标信号的接收效果。

此外，应用先进的信号处理算法，如脉冲压缩和频谱分析，可以提高目标信号在杂波中的分辨率。

基于波瓣分裂的米波雷达低仰角测高方法及其应用陈伯孝;胡铁军;郑自良;王锋;张守宏【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2007(035)006【摘要】针对米波雷达的波束较宽、由于地面反射引起波瓣分裂,通常只能估高而不能测高这一难题,提出一种基于分裂波瓣的米波雷达低仰角测高方法--比相比幅法.该方法采用多个不同高度的测高天线,由于不同高度天线的分裂波瓣有一定的相位关系,利用该相位关系确定目标所在仰角区间;利用不同天线接收信号幅度进行比幅处理提取归一化误差信号;再查表得到目标的高度.分析地面起伏对测高精度的影响;推导不同阵地情况下的比幅误差曲线.将该方法应用于某型雷达,在我国首次成功地进行了米波雷达测高.试验结果表明该方法是行之有效的.【总页数】5页(P1021-1025)【作者】陈伯孝;胡铁军;郑自良;王锋;张守宏【作者单位】西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室,陕西西安,710071;西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室,陕西西安,710071;南湖机械总厂,湖北荆州,434000;西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室,陕西西安,710071;西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室,陕西西安,710071【正文语种】中文【中图分类】TN957【相关文献】1.米波雷达低仰角测高方法研究 [J], 强勇;茹伟2.复杂阵地米波雷达低仰角测高算法研究 [J], 宋秀芬;朱伟;谢腾飞;马晓静3.地形对基于波瓣分裂的米波雷达测高方法的影响 [J], 徐源;陈伯孝4.约束 MUSIC 算法在米波雷达低仰角测高中的应用 [J], 朱伟;郑轶松;陈伯孝5.基于多帧相位增强的米波雷达低仰角目标DOA估计方法 [J], 项厚宏;陈伯孝;杨婷;杨明磊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

米波雷达阵列超分辨和测高方法研究米波雷达阵列超分辨和测高方法研究随着科技的不断进步，雷达技术在军事、航空、气象等领域得到了广泛应用。

米波雷达阵列是一种新型的雷达系统，具有高能量和高精度的特点。

本文将围绕米波雷达阵列的超分辨和测高方法展开研究。

首先，我们来了解一下米波雷达阵列的基本原理。

米波雷达是通过发射和接收微波信号来感知目标物体的位置和速度。

而阵列是由多个发射天线和接收天线组成的，通过在时间上和空间上的配合工作，可以实现对目标物体的高精度定位。

超分辨是指通过改变雷达阵列的发射和接收方式，提高雷达系统的分辨率。

测高是雷达系统通过测量微波信号的传播时间，从而计算出目标物体的高度。

在米波雷达阵列的超分辨方面，有两种常用方法：波束形成和数字波束形成。

波束形成是通过改变天线的辐射方向和接收方向来实现。

通过将多个天线的信号进行加权叠加，可以形成一个窄波束，从而提高雷达系统的分辨率。

数字波束形成则是通过对接收到的信号进行数字信号处理来实现。

这种方法可以对接收到的信号进行相位和幅度的调整，从而实现对目标物体的精确定位。

而在测高方面，米波雷达阵列通常采用脉冲压缩技术。

当雷达系统发射一个脉冲信号后，目标物体会回波一个反射信号。

通过测量反射信号的传播时间，可以计算出目标物体与雷达系统之间的距离。

而通过计算多个反射信号的传播时间，可以得到目标物体的高度信息。

除了传统的测高方法，还有一种新颖的方法被应用在米波雷达阵列中，即干涉测高方法。

干涉测高方法基于干涉原理，利用雷达系统中两个或多个天线之间的相对位移来计算目标物体的高度。

这种方法不仅可以测量目标物体的高度，还可以获得目标物体的三维形态信息，具有更高的精度和分辨率。

在研究中，我们发现米波雷达阵列的超分辨和测高方法对于目标探测和跟踪具有重要意义。

它们能够提高雷达系统的分辨率和精度，使雷达能够更准确地探测目标的位置和运动信息。

此外，超分辨和测高方法还可以应用于雷达成像和目标识别等方面，为军事、航空和地质勘探等领域提供更好的服务。

米波阵列雷达低仰角目标测高方法研究米波阵列雷达低仰角目标测高方法研究摘要：为了提高米波阵列雷达对低仰角目标的测高精度和可靠性，在该研究中，我们通过深入分析了雷达原理及信号处理算法，并提出了一种改进的低仰角目标测高方法，实现了对目标高度的准确测量。

该方法不仅能够应对极低仰角条件下目标高度测量的困难，而且具有较高的抗干扰性能。

1. 引言随着雷达技术的不断发展和应用领域的扩大，对雷达目标测量的需求也日益增加。

传统的雷达测高方法大多基于波形拟合或者目标间的位置变化测量，存在测高精度不高，适用范围有限等问题。

然而，在实际应用中，低仰角目标的高度测量更加困难，而且通常会受到地面反射、多径效应等干扰的影响。

因此，研究一种能够准确测量低仰角目标高度的方法成为了一项迫切的需求。

2. 雷达原理分析首先，我们对米波阵列雷达的工作原理进行了深入分析。

米波阵列雷达由多个发射天线和接收天线组成，在工作过程中，雷达通过发射射频信号，接收目标返回的回波信号。

然后，通过对接收到的回波信号进行信号处理，可以得到目标的位置信息。

然而，由于低仰角目标到达雷达的回波信号相对较弱，受到地面影响的同时，还受到多种干扰的影响，使得目标高度的测量变得十分困难。

3. 信号处理算法优化为了解决低仰角目标测高中存在的问题，我们对传统的信号处理算法进行了优化。

首先，我们适用了多普勒频率、距离和角度信息，将回波信号进行分析与提取。

然后，采用了基于最小二乘法的目标高度测量算法。

该算法通过对多个接收天线的回波信号进行组合和处理，并利用最小二乘法对目标的高度进行估计，从而实现了目标高度的准确测量。

通过对实际数据的多次验证，我们发现该算法在低仰角目标测高中具有较高的精度和可靠性。

4. 目标高度测量实验与分析为了验证优化后的低仰角目标测高方法的效果，我们进行了一系列的实验。

实验中，我们使用了米波阵列雷达，并制定了不同高度的目标进行测量。

通过对实验数据的处理与分析，我们发现，优化后的信号处理算法在不同仰角和多路径干扰条件下均能够准确测量目标的高度，并且具有较高的稳定性和可靠性。

干涉阵列米波雷达的低仰角高精度估计方法陈根华;陈伯孝;朱伟【摘要】10.3969/j.issn.1001-2400.2012.06.007% 针对米波雷达低仰角估计的难题，结合干涉技术和超分辨算法的优点，提出了干涉阵列米波雷达的高精度低仰角估计方法。

该方法首先利用干涉结构扩展阵列孔径，再将常规的空间平滑算法推广到干涉阵，提出了干涉阵的空间平滑方法，然后应用其实现低仰角多径信号的解相干，最后利用双尺度酉ESPRIT算法得到低仰角的高精度估计。

仿真结果和实测数据验证了干涉阵列的前后向空间平滑方法及干涉阵列的高精度低仰角估计方法的有效性，并分析了该方法存在的信噪比门限与基线模糊门限的产生原因。

【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】7页(P42-48)【关键词】干涉阵列;低仰角;空间平滑;解模糊【作者】陈根华;陈伯孝;朱伟【作者单位】西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西西安 710071;西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西西安 710071;西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西西安 710071【正文语种】中文【中图分类】TN958米波雷达具有反隐身、穿透力强等突出优势,但波束宽、角分辨率差等缺点限制其实现高精度的目标跟踪与定位.特别是当波束打地或目标仰角小于1/3波束宽度时,地(海)面的多径反射信号引起波瓣分裂[1],使得常规的单脉冲测仰角技术失效[2],严重时产生米波雷达的“盲区”.目前主要采用超分辨技术对米波雷达低仰角估计或测高问题进行研究[3-6],但并未从根本上解决问题.众所周知,造成米波雷达低仰角估计精度低的根本原因是米波雷达的波束太宽及地面反射多径信号环境太复杂.由于米波雷达波长较长,架设密布的大孔径天线在工程上不易实现且成本高.如何在不增加硬件成本及计算复杂度的条件下扩展米波雷达的天线孔径具有重要的工程实际意义.早期的微波合成干涉雷达[7]可以有效扩展孔径,提高测角精度,降低系统的硬件成本.由于干涉雷达是通过比相的方式测角,因此其测角精度与基线长度成正比,但过少的自由度限制了测角模糊问题的解决,需要额外的阵元实现解模糊,如常用的5阵元解模糊算法[7],且对信噪比要求较高.而干涉阵列天线既扩展了孔径又大大提高了系统的自由度[6,8],为采用超分辨算法实现解模糊创造了条件,且工程上也易实现小孔径天线的架高.目前应用于米波雷达的低仰角估计的超分辨算法主要有子空间类与参数估计类.参数估计类算法不受多径相干信号的影响,但计算量较大,难以实时处理[6,8],而子空间类超分辨算法需要对多径信号解相干,以恢复信号协方差矩阵的秩.常用的解相干算法有空间平滑算法[9]与Toeplitz化[10]等算法,前者是以降低阵列的有效孔径为代价的,后者则要求高信噪比,且两种算法都是针对均匀线阵提出的,而关于干涉阵列的解相干算法未见报道.针对以上问题,结合干涉技术和超分辨算法的优点,笔者提出了干涉式米波雷达阵列结构,在俯仰上以较小的硬件成本扩展天线的孔径,并将常规的均匀线阵(Uniform Linear Array,ULA)的空间平滑算法推广到干涉阵列,提出了适用于干涉阵列的前后向空间平滑方法,然后利用该方法实现多径信号的解相干,最后利用双尺度酉ESPRIT算法[11]得到高精度的低仰角估计.如图1所示,设干涉式米波阵列天线放置在垂直孔径上,该干涉阵列天线由两个相同的子阵S 1和S 2组成;每个子阵均为M个阵元的均匀线阵,子阵内阵元间距为d(d≤λ/2);干涉阵的基线长度为D(D≫Md),λ为入射信号波长;天线的法向方向(水平方向)以上的角度为正,反之则为负;干涉阵列天线的相位中心高度为h a;目标高度为h t.在米波雷达的低仰角目标跟踪或测高应用中,通常假设在低仰角区只有一个远场窄带目标[1,5].为了降低多径信号产生的误差,常用图1所示的两目标信号模型[12](不考虑地球曲率).目标直达波与反射波的入射方向分别为θ1≥0和θ2＜0,直达波与地面反射波的波程分别为R 1和R 2,波程差ΔR=R 2-R 1.设,为干涉阵的接收信号矢量,即式中,,为干涉阵的响应矢量,k=1,2,为子阵S 1的导向矢量(以子阵S 1最底端阵元为参考阵元);u k=sinθk,为俯仰维的方向余弦;s(t)为直达信号复包络;ρ为地面反射系数;τ=ΔR/c,由几何关系可得ΔR≈2(R 1 sinθ1+h a)h a/R 1,c为电磁波传播速度;n(t)是与信号统计独立的、零均值方差为的加性复高斯白噪声;上标“T”表示转置,L为快拍数.由于地面反射的多径信号与直达波完全相干[1,3,5,11],从而导致信号协方差矩阵秩亏.因此,在应用子空间类超分辨算法估计仰角之前,需对多径信号解相干,以恢复信号协方差矩阵的秩.结合低仰角目标的信号环境及干涉阵的结构特征,笔者先采用干涉阵的前后向空间平滑方法对多径信号解相干,再利用双尺度酉ESPRIT算法实现高精度低仰角估计.目前的空间平滑算法[5,9-10]都是针对均匀线阵(ULA)进行研究的,而关于干涉阵的空间平滑方法尚未见报道.干涉阵也可分成多个重叠的相同子干涉阵,符合前向空间平滑的结构特征,同时干涉阵列也是中心对称的,也符合后向空间平滑的条件.因此,笔者将前后向空间平滑思想推广到干涉阵列中,提出了干涉阵的前后向空间平滑方法,并给出详细的理论证明.定理设干涉子阵的阵元数为M,信源数为N,前后向空间平滑的子干涉阵个数为P,前后向平滑后干涉子阵的阵元数为m,即有M=m+P-1.当m≥N且P≥N时,干涉阵列的前后向空间平滑数据协方差矩阵R fb是满秩的.证明设有N个远场窄带相干信号入射到如图2所示的干涉阵,入射角分别为φk,k=1,…,N,则阵列的数据输出矢量为其中,s y(t)=[s 1(t),…,s N(t)]T,为信号复矢量;n y(t)为高斯白噪声;A为导向矢量矩阵.由式(1)可将A分解成如下形式:其中,A 1=[a 1(φ1),a 1(φ2),…,a 1(φN)],为Vandermonde矩阵;B=dia(gexp(j2πD sinφ1/λ),…,exp(j2πD sinφN/λ)),为对称矩阵.当M≥N时,即干涉子阵的阵元数大于等于信源数时,A 1是满秩的;又ran k(A)=ran k(A 1),则A也是列满秩的,其中rank(·)表示矩阵秩.这是干涉阵与均匀线阵的根本区别,对于均匀线阵则要求总的阵元数大于等于信源数.干涉阵的协方差矩阵为其中,信号协方差矩阵,I 2M为2M阶单位矩阵.因为N个信号完全相干,则R s是奇异的且秩为1.首先将干涉阵分成P个相互重叠且基线长度不变的子干涉阵,每个子干涉阵由S 1的m个阵元S 1,p与S 2的m个阵元S 2,p组成,p=1,…,P,P=M-m+1,则第p个子干涉阵的输出信号矢量可表示成其中,A s表示平滑后的第1个子干涉阵的导向矩阵,A s=(I 2⊗J s)×A;I 2表示选择干涉阵的两个子阵;J s=[I m,0 m×(M-m)],为子阵的选择矩阵;C=diag[ exp(j2πd sinφ1/λ),…,exp(j2πd sinφN/λ)],diag[·]表示对角矩阵.由式(5)可得第p个子干涉阵的协方差矩阵为很显然,只有当m≥N时,ran k((I 2⊗J s)×A)=N.综合以上两个条件及矩阵秩的性质可知,只有当m≥N且P≥N时,干涉阵的前向空间平滑数据协方差矩阵R f才是满秩的.类似地,可以得到干涉阵的后向空间平滑数据协方差矩阵R b也是满秩的.因此,干涉阵列前后向空间平滑的数据协方差矩阵R fb=(R f+R b)/2也是满秩的.证毕.由定理可知,在相同的硬件规模下,干涉阵列可分辨的信源数仅为均匀线阵的一半.因为干涉阵列要求平滑后干涉子阵的阵元数m≥N,不是总的阵元数2m≥N,而均匀线阵则只要求平滑后子阵的阵元数大于等于信源个数,也就是说干涉阵平滑后损失的自由度是均匀线阵的两倍.但干涉阵的基线远大于干涉子阵的孔径,干涉阵平滑后孔径并没有明显减小,从而为高精度角度估计创造了条件,这是干涉阵列前后向空间平滑方法的突出优点.针对笔者提出的低仰角目标信号模型,只要P≥2,m≥2,M=m+P-1,则利用干涉阵的前后向空间平滑方法便可实现多径信号的解相干.由式(1)可得干涉阵的数据协方差矩阵的最大似然估计为其中,上标H表示共轭转置.定义干涉阵的前后向空间平滑的选择矩阵为其中,I 2表示二阶单位阵,用来选择干涉阵的两个子阵;I m表示m阶单位阵;⊗表示Kronecker积.因此,干涉阵列前后向空间平滑后满秩的数据协方差矩阵为其中,J为置换矩阵,其反对角线元素为1,其他为0;上标“*”表示复共轭.由于干涉阵是中心对称的[9],因此可用酉变换将式(11)的R fb变换成实值矩阵,以减少后续算法的运算量,并对其进行特征值分解,得到实值的信号子空间与噪声子空间,即其中,Q2m为酉矩阵[11,13].如图2所示,每个子阵内最上边的m-1个单元与最下边的m-1个单元具有偏移量为d的平移不变性,同时E S1与ES 2间具有偏移量为D的平移不变性[11,14].由偏移量大的平移不变性可得到高精度但周期模糊的方向精估计,而由偏移量小的平移不变性可得到精度低但无模糊的方向粗估计.工程上用粗估计对精估计解模糊[14]后便得到高精度无模糊的精估计.因此,笔者选择双尺度酉ESPRIT算法估计目标的低仰角,以较小的运算量实现高精度的低仰角估计.由文献[14]及ESPRIT算法可得,干涉阵列偏移量为d的空间平移不变性可表示成其中,空间角频率,为干涉阵列的选择矩阵,I 2 表示选择两个子阵.由酉变换可将式(13)转换成实值形式,即对以上的旋转矩阵进行特征值分解后,可得到目标的方向余弦的粗估计与精估计,但是顺序是任意的.由于旋转矩阵为实值矩阵,因此可用自动配对算法[14]实现方向余弦的粗估计与精估计间的配对,即从而得到正确配对的粗估计与精估计,即其中,γk为Ψ的特征值,k=1,2.由于干涉阵列的基线远大于子阵孔径,方向余弦的精估计可能是周期模糊的,因此需对精估计进行解模糊,常用的解模糊算法有双尺度法[14]、MUSIC法[14]、中国剩余定理法[15]等.MUSIC法计算量较大且解模糊性能与双尺度法的相当;中国剩余定理法的稳健性较差;双尺度法计算量小,易于实时实现.因此,笔者选择双尺度解模糊法. 由双尺度解模糊法可得到高精度无模糊的方向余弦精估计[14],即其中,θk＞0,表示目标的直达波入射仰角;而θk＜0,表示地面反射波(镜像目标)的入射仰角.由于双尺度解模糊算法是以粗估计为参考的,因此只有当时,才能正确解模糊;否则,解模糊失败,其中u k为目标直达波与反射波的真实方向余弦,k=1,2.综上所述,干涉阵列米波雷达的高精度低仰角估计方法如图3所示.设以下仿真试验中,M=8,ρ=-0.95,R 1=50 km,λ=1.0 m,ha=20 m,D=20λ,d=λ/2,信噪比定义为阵元信噪比,快拍数L=20,每个数据点做300次蒙特卡罗试验.试验1 验证干涉阵列及其高精度低仰角估计方法的有效性.本试验选择16阵元的均匀线阵与干涉阵进行性能比较.由于16阵元均匀线阵的波束宽度约为6.4°,因此选择θ1=2°,θ2=-2.03°.图4给出了不同阵列及不同方法的联合方向估计均方根误差,其中联合方向估计的均方根误差定义为,且干涉阵列进行了4阶前后向空间平滑.由于最大似然法适用于任何阵列及信号环境且估计性能最好,因此本试验还与最大似然法的性能进行了比较.由图4可知,采用笔者提出的方法的干涉阵的性能明显高于均匀线阵的最大似然法的性能.当D=20λ时,干涉阵的估计精度比均匀线阵的提高了约6倍,表明了干涉阵列提高了低仰角的估计精度,有效地扩展了天线孔径,且笔者提出的方法的计算量远小于最大似然法.当D=8λ和20λ时,笔者提出的方法都具有明显的门限效应[16],其门限信噪比分别为-1 dB和3 dB.产生门限效应的根本原因是粗估计性能恶化,导致精估计正确解模糊概率迅速下降[11,14],使得干涉阵的分辨力迅速下降,且门限信噪比随着基线的增加而增加.另外,当基线D=20λ时,干涉阵的最大似然法的信噪比门限约为0 dB.从图4中可看出,笔者提出的方法的估计性能略低于最大似然法,但是最大似然法的计算复杂度远高于笔者提出的方法,难以实时处理,而笔者提出的方法却可实时实现,因此工程应用时需在估计精度与实时性间折中.本试验充分说明了干涉阵列及其低仰角高精度估计方法的有效性.试验2 验证干涉阵列及笔者提出的方法对阵元通道幅相误差的鲁棒性.仿真条件同试验1,阵元通道幅相误差模型为随机幅相误差信号模型.由图5可知,笔者提出的方法对阵元的幅度误差并不敏感,而对相位误差较敏感.因此,实际中需对干涉阵列的相位误差进行充分校正,以便充分利用干涉阵孔径.试验3 分析干涉阵列的基线D对低仰角估计精度的影响.仿真条件同试验2.如图6所示,干涉阵的估计精度并不随着基线的增加而提高,而是存在基线模糊门限.当D小于基线模糊门限时,D的增加使得干涉阵的栅瓣宽度减小,从而提高了干涉阵的估计精度;当D高于基线模糊门限时,栅瓣进一步减小的同时也使得精估计的正确解模糊概率迅速降低,从而导致估计性能迅速恶化.同时,干涉阵的基线模糊门限随着信噪比增加而提高.因此,设计干涉阵列米波雷达时,需根据信噪比选择合适的基线,使估计性能最优.试验4采用某米波雷达实测数据对笔者提出的低仰角估计方法进行验证.雷达架设在较平坦的阵地,阵列为垂直放置的均匀线阵和干涉阵,阵元数都为12.干涉阵由两个6阵元的均匀线阵组成,干涉阵基线长度为8倍波长,阵元间距为半波长,发射时采用数字波束形成技术形成发射波束,照射目标为固定翼飞机.由于距离较远,目标回波数据的信噪比较低,为0～5 dB,快拍数为12.图7给出了均匀线阵与干涉阵的实测数据的低仰角估计结果,其中两者都进行3阶前后向空间平滑,且均匀线阵采用与笔者提出的方法的计算量相当的酉ESPRIT算法.由图7可知,由于信噪比较低,阵元数较少且快拍数较少,两种阵列结构的性能都不是很理想,但干涉阵列的估计性能明显好于均匀线阵,充分说明了在相同硬件规模下,干涉阵列实现了孔径的有效扩展,提高了测角精度,同时也验证了笔者提出的方法的有效性与正确性.以上仿真及实测数据处理结果充分说明了干涉阵列有效地扩展了孔径,提高了测角性能,同时也验证了干涉阵列存在信噪比门限与填充系数门限.笔者提出的干涉阵列米波雷达的低仰角估计方法仍然属于超分辨算法的范畴,因此对信噪比的要求较高,目前常用的先进数字信号处理技术(如脉压、MTD/AMTI、杂波对消等)较易满足本方法对信噪比的要求,且通过了实测数据的验证.针对米波雷达低仰角估计的难题,结合干涉技术和超分辨算法的优点,笔者提出了干涉阵列米波雷达阵列结构及其低仰角的高精度估计方法.笔者将前后向空间平滑思想推广到干涉阵中,提出了干涉阵列的前后向空间平滑定理并给出了详细的证明.干涉阵列的空间平滑方法的突出优点是在解相干的同时阵列的孔径并没有明显降低.多径信号解相干后再用双尺度酉ESPRIT算法实现高精度的低仰角估计.仿真和实测数据处理结果验证了干涉阵列米波雷达及笔者提出的方法的有效性.设计干涉阵列时,需综合考虑信噪比与基线长度,使得干涉阵列性能最优,同时双尺度酉ESPRIT算法可并行实现粗估计与精估计,提高了算法的实时性,非常适合于工程应用.总之,在不增加硬件成本及计算复杂度的前提下,笔者提出的干涉阵列及其高精度低仰角估计方法可明显提高米波雷达低仰角的估计性能.致谢:感谢中电集团38所提供的某米波雷达系统的实测数据.【相关文献】[1]Chen Baixiao,Zhao Guanghui,Zhang Shouhong.Altitude Measurement Based on Beam Split and Frequency Diversity in VHF Radar[J].IEEE Trans on AES,2010,46(1):3-13.[2]朱伟,陈伯孝,周琦.两维数字阵列雷达的数字单脉冲测角方法[J].系统工程与电子技术,2011,33(7):1503-1509.Zhu 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摘要摘要近年来，米波雷达在反隐身和抗反辐射导弹方面的优势引起了雷达界的重新重视。

但是，由于米波雷达波长较长，受天线尺寸的限制，雷达波束较宽，角分辨力差，在探测低仰角目标时，雷达接收回波中不仅有直达波信号，还有经地（海）面反射的多径信号，多径反射波和直达波具有很强的相关性，会对目标测高精度产生严重影响。

因此，米波雷达低仰角目标探测的分辨力和精度都非常低，无法满足对多目标分辨和精确定位的需求。

本文针对米波雷达在低仰角目标探测中存在的多径问题，在提升米波雷达空间探测分辨力和精度等方面进行了研究，主要工作分为以下两个方面：1、对于比较平坦的阵地，多径信号主要是镜面反射信号，漫反射功率比较小。

传统阵列雷达的空间分辨率受天线孔径的限制，对位于一个波束宽度内的空间目标是不可分的，基于时空随机辐射场的微波关联成像方法具备突破天线孔径限制的高分辨能力，本文借鉴基于时空随机辐射场的成像体制并将压缩感知算法应用到米波雷达多目标探测上，提出了多径情况下基于时空随机辐射场的米波雷达多目标探测方法。

首先建立多径情况下基于时空随机辐射场的米波雷达多目标探测信号模型，利用镜面反射提升时空辐射场的伪随机性，从而将多径信号由不利因素转化为有利因素，以提高目标探测的分辨力；其次，将功率较小的漫反射信号归结为辐射场随机误差，采用辐射场存在误差时的具有稳健性的压缩感知算法来进行目标重构，以达到多径情况下米波雷达超分辨探测的目的。

最后通过仿真分析验证了所提方法的有效性。

2、针对比较复杂的阵地，由于反射面的粗糙程度非常大，不满足瑞利准则，镜面反射和漫反射多径同时存在，表面越粗糙，雷达仰角越低，漫反射功率越占主导地位，多径信号的能量在空间形成一定的分布，此时多径服从分布源。

本文分析了分布源多径信号模型，利用合成导向矢量方法推导了该模型下的感知矩阵，然后利用目标的稀疏性，将压缩感知算法应用到该信号模型的求解中，达到了利用较少的快拍数来超分辨、高精度估计目标仰角的目的，仿真结果验证了所提方法的有效性。

米波雷达测高多径模型研究第23卷第4期2008年8月电波科学CHINESEjoURNAL0FRAD10SCIENCEV o1.23,NO.4August,2008文章编号lO05一O388(2O08)04-0651-07引米波雷达测高多径模型研究胡晓琴☆陈建文.王永良.(1.国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073;2.空军雷达学院雷达兵器运用工程军队重点实验室,湖北武汉430019)摘要针对米波雷达测高中同源多径的分辨难题,对米波雷达回波信号中直射信号和反射信号进行分析,引入乘积因子的概念,建立了考虑地球曲率时乘积因子与角度(直射角和反射角)的简单函数关系,并据此提出了考虑乘积因子的米波雷达多径阵列信号综合模型.仿真实验及实测数据处理结果均表明了此模型在米波雷达测高应用时的有效性.关键词米波雷达;测高;多径模型;乘积因子中图分类号TN957文献标志码AResearchonmeter-waveradarheight-findingmultipathmodelHUXiao-qin,CHENJian—wenWANGY ong-liang2(1.CollegeofElectronicScienceandEngineering,NationalUniv.ofDefenseTechnology,ChangshaHunan410073,China;2.KeyResearchLab,WuhanRadarInstitute,WuhanHubei430019,China) AbstractForthemultipathreflectionprobleminthemeter—?waveradarheight—?find—? ing,aconceptionofproductfactorwasintroducedbyanalyzingtherelationshipbe—tweendirectsignalandindirectsignalinthemeter-waveradarreceivedsignals,and itwasfoundthattheproductfactorwasthefunctionofanglesincludingdirectangle andindirectangle.Thefunctionwasconstructedinthecaseofaccountingforearth'Scurvature,andameter-waveradarmultipatharraycompositivemodelcon—putersimulationsandrealda—taprocessingresultsshowtheeffectivenessoftheproposedmodelunderthecondi—tionofmeter—waveradarheight—finding.Keywordsmeter-waveradar;height—finding;multipathmodel;productfactor日米波雷达工作在VHF频段,工作波长为1～1om.在现代高科技战场上,米波雷达由于其自身的优点,重新又被人们重视起来,特别是其潜在的反隐身目标,抗反辐射导弹等优势使它在现代雷达网中的地位显得越来越重要.但米波雷达在实际应用中存在一些技术难题.米波雷达由于其波长较长,波束宽,特别是在测量低角目标时,波束打地,地面反射强,目标的多径现象严重,导致米波雷达测高精度低,甚至完全失效.米波雷达在测高时,除了产生因大气不均匀而引起的折射效应外,还有地面或海面产生的镜面反射和漫反射引起的多径效应.对于米波雷达而言,仅靠增大天线的口径尺寸来降低多径*收稿日期:2007—06—11.基金项目:国家自然科学基金重点项目(60736009)☆E-mail:huxiaoqin一*****************652电波科学第23卷效应影响,从而提高测高精度的方法并不现实.可以考虑将空间谱估计的研究成果用于米波雷达,来解决测高中存在的问题.也可以将神经网络用于米波雷达测高[1卅],但其实用性还有待探讨.无论采用什么方法,必须根据实际环境,建立有效的米波雷达多径反射模型,这是研究米波雷达测高方法首先要解决的问题.文中对米波雷达镜面反射多径模型及其中几个重要参数进行了探讨,分析了米波雷达的有效反射区,并利用乘积因子同角度之间的函数关系,提出了考虑乘积因子的米波雷达多径阵列信号综合模型.利用仿真数据和实测数据对此模型进行了验证.2米波雷达镜面反射多径模型2.1米波雷达回波信号米波雷达在实际工作时,由于波束宽,雷达天线接收的信号除了直射波外,还有地面或海面的反射波.根据反射面的粗糙程度,反射信号可以分为集中的镜面反射分量和发散的漫反射分量.设表面起伏高度为Ah,若[4]△^≤一般可认为反射面是平坦的,其反射信号主要是集中的镜面反射分量,漫反射功率可以忽略.式中,为波长,为擦地角.随着△^的增大,即表面粗糙度增大,漫反射的影响越来越大.当表面非常粗糙时,漫反射占主导地位,此时要用存在多个反射点的漫反射模型来分析多径现象,镜面反射可以忽略. 这里假设地面比较平坦,只需考虑镜面反射的影响,即雷达接收回波由直射信号和镜面反射信号两部分组成,米波雷达镜面反射的简单模型如图1 所示.目标(T)叠尺图1米波雷达镜面反射的简单模型面图中B为镜面反射点,,分别为直射角和反射角,^^,R分别为雷达天线高度,目标高度及雷达与目标之间的水平距离.雷达天线接收的回波有四条路径,即直射(AT)一直射(TA),反射(ABT)一直射(TA),直射(A T)一反射(TBA),反射(ABT)一反射(TBA)四条,分别记为1,2,3,4四条路径嘲.设5.(￡)为雷达的发射信号,厂()为雷达天线的方向图,k.,k:,k.,k分别为四条路径中目标对雷达信号的反射系数,P,分别为镜面反射系数的幅度和相位,则四条传播路径的回波信号可以表示为.781(￡)一5.(￡)忌1I-f(Od)](2)2(￡)一5.(￡)忌2厂(一0)厂(Od)pe'e～(3)3(￡)一5.(￡)忌3厂()厂(一Oi)pe'e一(4)4(￡)一5.(￡)忌4[厂(一)](pee_)(5)式中,a为单程反射波相对于单程直射波因延迟而产生的相位差(后面简称为相位差),具体表示为一孥△(6)A式中,Ar—AB+BT—AT,为单程反射波与单程直射波的路程差,根据镜面反射模型中参数的几何关系可以具体表示出来,后面进行详细介绍.由于^《R,则≈2h/R一0,所以在很多情况下可认为k.一k:一k.一k.为了分析方便,一般假定天线无方向性,则直射波(1,2)和反射波(3,4)可分别表示为d(￡)=1(￡)+2(￡)一5.(￡)忌1I-f()](1+pe)(7).78f(￡)一.783(￡)+.784(￡)一5.(￡)k1I-f()](1+pei')pei'一.78d(t)pe'(8)雷达天线接收的回波信号为(￡)一d(￡)+i(￡)一d(￡)(1+pe)(9)从式(7),(8)可看出,直射波和反射波的差别就在于反射波多一乘积项pe,简称为乘积因子,下面对乘积因子的两个分量a和镜面反射系数pe逐一具体分析.2.2相位差a的确定为了使模型更加精确,除了要考虑在对流层由于折射引起的信号路径的弯曲外,还必须考虑地球本身的曲率,考虑地球曲率的镜面反射多径模型如图2所示[7].一般情况下,目标到雷达的直射距离R可根据时间延迟直接得到,为了进一步求出其他参数,先根据余弦定理求出…s第4期胡晓琴等:米波雷达测高多径模型研究653 地心图2考虑地球曲率的镜面反射多径模型标平面式中,R.为地球的有效半径,具体为R一Ro1+6.37×10)(11)R.为地球的实际半径,即R.一6371km,百dN为折射dn率.根据得到水平距离r—R,为了得到R,R:,首先要根据下面的方程确定反射点.根据Fishback的分析,当目标高度和天线都远小于地球半径时,r可用下面的方程求出啪2一一3rr{+(r上一2R.(^,+^))r+2Rr一0(12)可直接采用求根法得到r,也可以通过下面一组式子求出n—r2一n詈一~/R(^r+hr)+(r/2).(13)y一in根据r得到1一r1/n(14)(r-r)/n(15)再根据三角形的余弦定理求得R1一JR;+(R+hr).一2R(R+hr)cos~1(16)R2—4R:+(R.+^).一2R.(R+^)cos~2(17)进而得到直射角和反射角分别为一sin(一袅)一sin-(缶+袅)㈣则擦地角为=sin-(hr一象)(2o)直射距离和反射距离的差值△r为啪Ar一(21)R1+R2+Rd…再根据式(6)就可得到a的具体表达式.从上面的分析过程可看出,当一个模型给定时,相位差实质上是擦地角的函数.2.3反射系数的确定镜面反射系数主要由Fresnel反射系数(分垂直极化和水平极化F),衡量地球曲率对Fresnel反射系数影响的扩散因子D和地面的粗糙度N-7:lD三部分组成引,即po一lDe一F()Dp,其中D和|D只影响镜面反射系数的幅度,相位只由Fresnel反射系数决定.垂直极化及水平极化的Fresnel反射系数分别为r-O一_一(22)●J_______________●._'._________________一一, csin~g+~/e一(cos).rn.:二三(23)^———————————一…,sin+~/e一(cos)式中,s为地面的介电常数,可以查表得到.当实际环境确定时,Fresnel反射系数主要由擦地角决定. 由于地球可近似看作圆球形,当电磁波入射到地面时,反射能量会受到地球曲率的影响而发散,雷达功率密度降低.这个影响可以用散度因子D来描述, 最常用的近似表达式为啪D≈1+2rlr2)一(24)对于大多数地基雷达,一般认为D一1.如果反射面有一定的粗糙度,但仍属于"相对平坦地面",即△^满足__<Ah≤这时地面的粗糙度因子对镜.面反射系数也有影响.光滑镜面反射时的全相干部分现在分为两部分:漫反射分量和幅度减少的相干部分,相干部分的幅度可以通过系数来描述]:e～(26)654电波科学第23卷f2(27c叩).叩≤0.1rad":==【0.165~z+7.42r/+0.0468其他(27)式中,刁一/2,为表面是正态分布的表面高度变化的均方根.这时,漫反射分量影响不大,可以当作噪声来处理.从式(22),(23),(24),(27)可看出,Fresnel反射系数,扩散因子D,地面的粗糙度因子都和擦地角有关,由于其他参数可以根据实际环境得到,所以镜面反射系数实质上就是擦地角的函数.3米波雷达有效反射区域当天线辐射的电磁波投射到地面时,地面上的各点都会激励起电流而向空间再辐射电磁波,因此, 地面反射波实际上是由地面上各点的反射波合成的.地面上的各点在产生地面反射波中所起的作用不同,其中起主要作用的各点构成的区域,称为雷达阵地的有效反射面.了解有效反射面的位置和大小,对于雷达阵地的选择具有重要意义.如图3所示,B点为地面反射中心点,记经地面其他反射点与B点相比反射波的波程差引起的相位差为A9.根据A9取值区间的不同,得到的有效反射面的区域也不一样,经典的第一菲涅尔区得到的有效反射区是在l△l<兀的前提下求得.为了保证各反射点的场强总是彼此加强,这里规定区域一(fA9f<u/2)为雷达阵地对目标T而言的有效反射面[g].相位差每差兀/2就划分一个反射区,这样就得到如图3所示的区域二,区域三等.通过图3中各参数的几何关系,可求得地面的有效反射区域(区域一)为～罗一(1.1～14.9)hA(28)图3反射面的分区表1区域一中的几个重要参数假定天线高度为8m,波长为2m(频率为150 MHz),则区域一的几个重要参数及对应的擦地角, 瑞利起伏高度如表1所示.从表1可看出,在米波波段,电磁波对地物起伏的敏感度不高.对于通常较为平坦的雷达阵地(一般小于lm),能满足瑞利准则,所以一般情况下只需要考虑镜面反射,漫反射的影响可以忽略.4米波雷达多径阵列综合模型考虑N个远场的窄带信号入射到一由M个阵元组成的阵列天线,阵元间距为d,一般规定d≤2/2.直射角和反射角分别为,.,…,,0Oi.,…,0,直射信号复包络为Sl(￡),S2(￡),…SN(￡),以第一个阵元为参考阵元,则第个阵元上第k次快拍为N(五:(五(Pi2~(r1)dsir,0ahnoah+z(志)一>:s(志)(e.+ ipeie'一.i)+(志)(29)式中,(志)为第个阵元上的噪声,这里假定为零均值的高斯白噪声.通过上面对米波雷达回波多径模型的分析可知,相位差a及反射系数p均是擦地角的函数,而擦地角又可以用角度(直射角和反射角)表示出来,所以,乘积因子可以表示成角度的函数,记G(Od,Oi)一pee-.将上式写成矢量形式为X(志)一AS(志)+N(志)(30)x(志)一[zl(志),z2(志),…,zM(志)]N(志)一[l(志),2(志),…,M(志)]在不同信噪比情况下,A和S(志)的具体表达式不同.当信噪比达到一定值,直射信号和反射信号可完全分开,这时A=Al=Ea(Od1),a(1),…,a(),a()](31)口()一[1,ei2A,…,ei2~('幽A]T一1,2,…N(32)a(O)=[1,ei2~dsir~/.n,…,e2川A]T=1,2,…N(33)第4期胡晓琴等:米波雷达测高多径模型研究655 Js(忌)一S1(忌)一I51(忌),G(Oa1,0n)51(忌),…,N(忌),G(OaN,)5N(忌)I'(34)为便于比较,上面的经典阵列模型称为模型一.当信噪比较低时,采用此模型很难将空间间隔很小的直射信号和反射信号分开,得到的结果一般是直射信号与反射信号的合成.为此,这里考虑将导向矢量也表示成两者的和,乘积因子加入到导向矢量中,此模型称为模型二.这时,A—A2一Ea(0a1,0i1),a(Oa2,02),…,a(,)-J(35)广i2~d(M-1)sir~口(,0)一I1+G(,0),…,e——产+i2~d(^f一1)sirl1TG(,0m)e——T—l,J7z=1,2,…,N(36)Js(忌)一S2(忌)一[5.(忌),…,5N(忌)](37)模型二中导向矢量为直射分量与反射分量的合成,考虑了反射系数和相位差的影响,即乘积因子的影响.虽然两种表示方法在产生仿真数据时得到的结果一样,但两模型中导向矢量包含的意义不同. 当信噪比较低时,由于采用的导向矢量不同,用空间谱估计方法得到的结果也不一样.随着信噪比的增大,两信号能完全分开时,两者的区别减小.模型二利用了乘积因子同角度(直射角和反射角)的函数关系,在用空间谱估计方法对角度进行搜索时,也同时完成了对乘积因子的搜索,所以并未增加计算量. 当然,在用模型二时,G(0a,0)的确定很关键,这也是它在实际应用中需解决的问题.当一个回波模型给定时,由于相位差一般只与角度有关,所以它对结果的影响不大.但反射系数和地形地貌,极化方式, 信号频率等多种因素有关,如果采用的值与实际环境不符,会影响估计性能.所以,要根据实际环境,经过大量实验对反射系数或乘积因子不断修正.若G(,0)的误差不大,当信噪比较低时,模型二既能将直射信号与反射信号分开,也能得到较好的估计性能,所以这种情况下应采用模型二.若信噪比达到一定值,能将两信号分开时,由于模型一不需要考虑乘积因子精度的影响,这时应采用模型一.为此,将式(30)表示成下面的综合模型x(忌)一jA1Sl+Ne≥(38)IA2S2(忌)+N(k)e<e0e为信噪比,e.为直射信号与反射信号可完全分开时的信噪比门限.这样,根据信噪比的大小,可以合理选择模型.5计算机仿真实验仿真实验中所采用的数据如下:阵元数为8,第一个阵元离地高度为8m,信号频率为150MHz,波长2m,阵元间距为1m,目标高度为9000m,直射距离为150km.由于距离较远,所以要采用考虑地球曲率的镜面多径反射模型,地球等效半径为4/3 的实际地球半径,快拍数为200,所有实验结果都是100次独立实验的平均值,仿真中最后处理采用经典的修正MUSIC算法.根据图2得到直射角和反射角分别为2.93.和一2.94..考察两种模型的估计性能随信噪比变化的情况,SNR从一5dB到15dB变化,图4(a),(b)分别给出了成功概率,估计方差同信噪比的关系.为了结果的准确性(高度只需要利用直射角),仿真结果用角度来描述.图4表明在此仿真条件下,信噪比大于一3dB一瓣肇镀一糊坦(a)成功概率与信噪比的关系(b)估计方差与信噪比的关系图4656电波科学第23卷时,模型二可以将直射信号与反射信号分开,而模型一在大于1dB时才有效,且模型二的估计方差小于模型一,即具有更好的稳定性.随着信噪比的增大,当信噪比大于3dB时两者的性能相差不大.所以, 式(38)中￡.可取3dB.6实测数据分析利用某米波雷达体制试验站实测数据,采用某实验平台,天线为垂直放置的8个阵元的等距线阵, 半波长间距,第一个阵元离地8m,要测量的目标高度为9500m(由航管雷达给出).目标较远,采用考虑地球曲率的镜面多径反射模型.由于天线扫描第1圈未发现目标,下面利用2～6圈这五圈所接收数据来测量目标高度.采用模型一时,修正MUSIC方法失效(测量高度都为一500m左右,受篇幅所限,未给出测量图).表2及图5具体给出了采用模型二时各圈的测量结果.表2及图5的结果表明,采用本文所提出的综合模型,能测量出米波雷达的目标高度,其最大误差不超过650m,均方根误差大约为399m.所以,文中提出的模型二对于该米波雷达测高环境是有效的.表2目标高度测量值及其偏差圈数23456(a)第2圈(b)第3圈(c)第4圈(d)第5圈(e)第6圈图5第4期胡晓琴等:米波雷达测高多径模型研究657 7结论通过对米波雷达回波信号中直射信号与反射信号表达式的分析,引入了由镜面反射系数和相位差决定的乘积因子.通过对乘积因子中两个组成分量的分析,发现乘积因子是角度(直射角和反射角)的函数.同时,对米波雷达的有效反射区域进行了探讨,说明一般情况下只需考虑镜面多径反射的影响.为了能在低信噪比情况下,分开空间间隔很小的直射信号和反射信号,利用乘积因子与角度的关系,提出将导向矢量表示成直射分量与反射分量的和,并将该模型和经典的阵列信号模型结合起来,形成综合模型,可根据信噪比的大小合理选择模型.计算机仿真实验和实测数据的处理结果均表明,综合模型用于米波雷达测高时有较好的估计性能,计算量未显着增加.特别是在低信噪比情况下也适用.文中的米波雷达测高多径模型只考虑了镜面反射的影响,但在大地面起伏,高海情等情况下必须考虑漫反射的影响,对模型进一步修正.参考文献[1]胡晓琴,陈建文,陈辉.神经网络用于米波雷达测高[J].空军雷达学院,2004,18(3):16—19.[2]陈建文,王布宏,胡晓琴.径向基函数神经网络在米波雷达测高中的应用[J].第九届全国雷达学术年会论文集,2004,307—309.[3]何劲,陈建文,刘中.基于实数遗传算法的米波雷达方位超分辨研究[J3.电波科学,2004,19(3): 307—310.HeJ,ChenJW,LiuZ.Azimuthsuper-reso1utionap—proachformeterwaveradarbasedonreal-valuedge—neticalgorithm[J].ChineseJournalofRadioScience,2004,19(3):307—310.[4]尹以新等.雷达系统[M].武汉:空军雷达学院, 2002.[5]MerrillI.Skolnik.雷达手册RadarHandbook(Second Edition)[M].电子工业出版社,2003.[6]BartonWF,BartonDKtranslate,[Russia]R.V.Os—trovityanov,F.A.Basalov.Statisticaltheoryofextend—edradartargets[M].ArtechHouse,1985.[7]BassemRMahafza,Huntsville,Alabama.Radarsys—ternsanalysisanddesignusingMATLAB[M]. CHAPMAN&HALL/CRC,2000.[83TLo,eofahighlydeterministicmuhipath signalmodelinlow-angletracking[J].IEEEPRO—CEEDINGF,1991,138(2):163—171.[9]张尉.米波雷达阵地地面有效反射区的探讨[J].现代雷达,2003,25(4):1—3.[1O]KatarinaBoman,PetreStoica.Lowangleestimation: models,methods,andbounds[J].DigitalSignalPro—cessing,2001,11(1):35—79.胡晓琴(1979一),女,湖北人,现为国防科技大学电子科学与工程专业博士生,主要研究方向:阵列信号处理,米波雷达测高.陈建文(1964一),男,湖北人,教授,博士生导师,IEEE会员,CIE高级会员.主要研究领域:机载预警雷达信号处理,阵列信号处理,目标识别等.E-mail:******************.com.王永良(1965一),男,浙江人,教授,博士生导师,获"中国优秀博士后"奖,入选"新世纪百千万人才工程"国家级人选.主要研究领域:雷达技术,阵列信号处理,自适应信号处理等.E—mail:****************。

米波雷达低仰角估计方法研究米波雷达低仰角估计方法研究摘要：本文针对米波雷达低仰角估计问题展开研究。

首先介绍了低仰角估计方法的重要性及其应用领域。

然后分析了传统的低仰角估计方法存在的问题，并提出了一种新的、基于数据融合的低仰角估计方法。

接着，对该方法进行了实验验证，并对比分析了其与传统方法的性能差异。

最后总结了本研究的主要成果与不足之处，并对未来可能的研究方向进行了探讨。

关键词：米波雷达、低仰角估计、数据融合、传统方法、性能分析一、引言米波雷达是一种常用于目标探测与跟踪的雷达系统，其具有探测距离远、分辨率高、抗干扰能力强等优点，在军事和民用领域都有广泛的应用。

然而，在实际应用中，米波雷达低仰角下的距离估计问题一直是研究人员关注的焦点。

低仰角估计的准确性直接影响到雷达系统的跟踪精度和目标识别能力。

因此，研究低仰角估计方法具有重要的理论和实际意义。

二、传统方法存在的问题传统的低仰角估计方法主要包括基于多普勒频移的方法和基于角度估计的方法。

然而，这些方法存在以下一些问题： 1. 抗干扰能力差：传统方法在低信噪比情况下容易受到干扰的影响，导致估计结果不准确。

2. 距离分辨率低：传统方法在低仰角下，由于天线波束的增宽，无法实现高分辨时空域目标的识别和跟踪。

3. 无法处理多目标情况：传统方法只适用于处理单目标的情况，无法对多目标进行有效的跟踪和估计。

三、基于数据融合的低仰角估计方法我们提出了一种新的低仰角估计方法，该方法基于数据融合技术，结合了多普勒频移和角度信息。

具体步骤如下：1. 数据采集：通过雷达系统获取目标的多普勒频移和角度信息。

2. 数据预处理：对采集到的数据进行滤波、配准等预处理操作，减小系统误差和噪声的影响。

3. 数据融合：将多普勒频移和角度信息进行融合，得到目标的低仰角估计结果。

四、实验验证与性能分析我们通过实际的试验数据对上述方法进行了验证，并将其与传统方法进行了对比分析。

实验结果表明，基于数据融合的低仰角估计方法在低信噪比情况下具有较好的抗干扰能力，能够获得更准确的低仰角估计结果。

米波雷达低仰角估计方法研究的开题报告一、研究背景随着现代雷达的发展，人们对雷达的探测能力提出了更高的要求。

然而，在实际应用中，雷达的有效探测距离与雷达高度有密切关系。

当雷达的扫描角度较低时，天线的视场范围内存在大量的地物干扰，严重影响雷达探测效果。

因此，如何在低仰角情况下提高雷达的探测距离一直是雷达探测技术研究的重要问题。

二、研究目的和意义本研究旨在针对米波雷达低仰角情况下的探测问题，提出一种有效的估计方法，以提高雷达的探测距离和探测精度。

该方法具有以下意义：1. 可以提高雷达探测能力，增强雷达的实用性和适应性；2. 可以应用于军事、民用、遥感等领域，为国家安全和经济发展做出贡献；3. 可以促进雷达技术的进一步发展和研究。

三、研究内容和技术路线本研究主要包括以下内容：1. 分析低仰角雷达探测问题的原因和特征，确定估计方法的设计指标；2. 研究低仰角雷达信号处理算法，探究雷达探测距离与地物干扰的关系，为估计方法提供理论基础；3. 设计低仰角雷达估计方法，利用数字信号处理技术，对雷达信号进行滤波、降噪和波形分析等处理。

其中，包括时域方法和频域方法等；4. 制定验证实验方案，分别采用仿真和实际测量两种方式，验证估计方法的可行性和可靠性；5. 分析实验数据，评估估计方法的性能，并对研究结果进行总结和展望。

四、预期成果和时间安排本研究的预期成果包括：1. 提出一种针对米波雷达低仰角估计的有效方法，并进行验证实验；2. 分析估计方法的性能，评价估计方法的优缺点；3. 对低仰角雷达的探测问题进行深入的研究和探讨，为雷达技术的发展提供新思路和新途径。

时间安排：第一年：调研和文献综述，研究低仰角雷达探测问题的特征和原因，明确估计方法的设计指标；第二年：研究低仰角雷达信号处理算法，设计低仰角雷达估计方法，并开展仿真验证；第三年：进行实际测量，验证估计方法的可行性和可靠性，评估估计方法的性能；第四年：撰写论文、总结和展望。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

某型米波雷达测高工程实现及其实测数据分析【关键词】米波雷达; 测高; 波瓣分裂; 最大似然; 实测数据分析; 【英文关键词】VHF radar; Height measurement; Beam split; Maximum likelihood; Data Analysis;【中文摘要】米波雷达在反隐身方面具有明显的优势,然而米波雷达波束宽、测量精度和分辨率低,尤其在俯仰维低仰角区域,多径反射效应严重影响了对目标高度的测量。

本文结合某型号米波雷达,研究测高处理模块的工程实现及其实测数据分析。

论文首先回顾了波瓣分裂法、最大似然法测高的基本原理,并且结合实际应用对算法中关键参数的选择做了仿真。

然后在工程实际中综合利用这两种测高方法,即在低仰角区采用波瓣分裂法测高,在高仰角区采用最大似然法测高。

利用某硬件处理平台上的高性能数字信号处理器(TS201)完成测高处理算法的软件优化实现。

最后结合外场试验过程中记录的实测数据进行分析和测高处理,设计实测数据分析的MATLAB程序,对测高结果进行分析和处理,分析了误差产生的原因以及提高测量精度的方法。

【英文摘要】VHF radar has great advantages in anti-stealth. But VHF radar has disadvantages, such as wide beam width, low precision and low resolution. Especially in elevation dimension, the ability of height measurement precision of VHF radar is poor because of multi-path reflection. The thesis focuses on implementation of height measurement and its data analysis in VHF radar. At the beginning, the chapter will review the basic principle of beam split, maximum likelihood. Then comprehensive utilize above two algorithm...摘要3-4Abstract 4第一章绪论7-131.1 研究的背景及意义7-81.2 米波雷达测高的国内外研究进展8-101.3 米波雷达的主要测高方法简介10-111.4 本文所做的工作11-13第二章米波雷达测高方法简介13-332.1 引言132.2 阵列信号模型13-152.3 基于波瓣分裂法的测高方法15-232.3.1 波瓣分裂法理论介绍15-202.3.2 工程实际中若干参数的选择20-232.4 基于最大似然法的测高方法23-282.4.1 最大似然法理论介绍24-262.4.2 交替投影算法26-282.5 两种测高方法的比较分析28-312.6 本章小结31-33第三章测高处理模块的工程实现33-413.1 引言333.2 测高处理板硬件介绍33-353.2.1 DSP 及FPGA 芯片简介33-343.2.2 测高处理板简介34-353.3 测高模块的工程实现35-403.3.1 任务分配35-363.3.2 DSP 工程实现36-403.4 本章小结40-41第四章雷达实测数据分析与测高处理41-574.1 引言414.2 数据采集与脱机处理流程41-434.3 数据分析43-484.3.1 DSP 和Matlab 处理结果比较434.3.2 实测数据分析结果43-454.3.3 DSP 程序中遇到的问题45-484.4 算法改进48-554.4.1 理论仿真48-524.4.2 实测数据处理结果52-554.5 本章小结55-57结束语57-59致谢59-60参考文献。

米波雷达测高算法研究的开题报告一、选题背景随着社会的发展，高精度地面高度信息在各个领域中的需求越来越大。

特别是在交通领域，对于道路的结构、交通流等方面的研究都需要高精度地面高度数据进行支撑。

现有的高程获取方法有针对性不强，或者精度低等缺陷。

而米波雷达技术作为一种有效的测距技术，已被广泛应用于测量、信号识别等领域。

米波雷达测高技术通过测量雷达反射信号的飞行时间差，可以得到地面高度信息，并且具有非接触、远距离测量范围广等特点。

鉴于米波雷达测高技术的优势，本文以研究米波雷达测高算法为主题，旨在提高高程信息的准确性和可靠性，满足不同领域对于高程信息的需求。

二、选题意义1. 提高测高准确性和可靠性传统的测高方法存在着一定的误差，而米波雷达测高技术可以通过计算信号的飞行时间来得到更加准确的高度信息。

因此，研究米波雷达测高算法可以提高高程信息的准确性和可靠性，满足不同领域对高程信息的精细化需求。

2. 促进交通领域等相关领域的发展在交通领域，道路的高程数据对于交通流、交通安全等方面都具有重要的作用。

通过研究米波雷达测高算法，可以提高道路高程数据的精确度和时效性，促进交通领域等相关领域的发展。

3. 增强我国测绘技术的国际竞争力测绘技术是基础性技术，其国际竞争能力直接影响到我国在国际上的影响力和地位。

通过研究米波雷达测高算法，不仅可以提高中国测绘技术的水平，还可以增强我国的国际竞争力。

三、研究内容1. 米波雷达测高原理研究- 雷达原理介绍- 米波雷达系统组成- 米波雷达测高原理分析2. 近场测高算法研究- 近场测高方法的基本流程介绍- 近场测高算法模型的建立- 误差分析和优化3. 远场测高算法研究- 远场测高方法的基本流程介绍- 远场测高算法模型的建立- 误差分析和优化4. 算法仿真与实验验证- 建立高程数据仿真模型- 对比分析不同算法的测高准确性和可靠性- 对比分析不同测量环境下算法的性能差异四、研究方法本文采用机器学习、数学建模、仿真实验等研究方法。

基于稀疏解的米波雷达测高方法杨雪亚;杨广玉【期刊名称】《雷达科学与技术》【年(卷),期】2012(10)6【摘要】针对米波雷达由于波束宽和地面反射多径引起的测高难题,提出一种基于稀疏解的米波雷达低仰角测高法.该方法首先构造基于类-p范数稀疏度和2-范数约束的代价函数,通过迭代方法最小化代价函数得到稀疏解,最后由尺寸远大于阵元数的稀疏解估计目标仰角和高度.与传统的高分辨算法相比,该方法对信噪比和快拍数要求不高、无需特征值分解和多维搜索过程,具有较高的分辨率和极低的旁瓣电平.计算机仿真和实测数据的处理结果验证了该算法的有效性.%A height measuring method for meter-wave radar is proposed to overcome the problem in height measuring due to wide beam and reflection multipath. The algorithm starts with the cost function based on a p-norm-like(ι(p≤1)) diversity measure with a 2-norm constraint. The sparse solution is then obtained by minimizing the cost function using an iteration algorithm. Finally, the elevation and height of target can be estimated using the sparse solution with much larger size than the spatial sampled series. Compared with traditional high-resolution methods, the proposed method achieves high resolution and has no multidimensional spectral search and eigendecomposition. Simulations and real data processing results are presented to verify the effectiveness of the method.【总页数】5页(P629-632,638)【作者】杨雪亚;杨广玉【作者单位】中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230088;中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TN958【相关文献】1.基于RELAX的米波雷达测高方法 [J], 杨广玉;杨雪亚2.基于高度分集的倾斜阵列米波雷达测高方法 [J], 董玫;赵永波;张守宏3.基于实测地形的米波雷达测高方法 [J], 谢腾飞;杨雪亚;朱伟4.基于分数低阶矩的干涉阵列米波雷达稳健测高方法 [J], 陈根华;陈伯孝;秦永5.一种基于空域滤波的米波雷达测高新方法 [J], 吴剑旗;杨雪亚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于零陷展宽的米波雷达低仰角测高方法
王梅;陈伯孝;徐赛琴;夏金艳
【期刊名称】《火控雷达技术》
【年(卷),期】2022(51)4
【摘要】针对米波雷达在复杂阵地环境下低仰角测高服从高斯分布的多径分布源模型,提出一种基于零陷展宽的低仰角测高方法。

该方法首先将直达波与多径反射波视为干扰信号并构造干扰导向矢量协方差矩阵,然后再利用投影变换和对角加载技术保留预设干扰区域扩展后的协方差矩阵,最后采用指向偏离搜索仰角的空域滤波器对阵列接收回波数据进行滤波处理,滤波后输出信号功率最小时对应的正角度即为目标仰角的估计值。

相较于传统的超分辨算法,本文算法在复杂阵地条件下具有更高的测角和测高性能,并且可适用于低信噪比和少快拍数条件下的低仰角目标角度估计。

计算机仿真结果验证了所提算法的有效性。

【总页数】6页(P11-16)
【作者】王梅;陈伯孝;徐赛琴;夏金艳
【作者单位】西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室;西安超视传感技术有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN953.5
【相关文献】
1.基于波瓣分裂的米波雷达低仰角测高方法及其应用
2.米波雷达低仰角测高方法研究
3.复杂阵地米波雷达低仰角测高算法研究
4.约束 MUSIC 算法在米波雷达低仰角测高中的应用
5.基于互质阵列的米波雷达低仰角估计方法
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米波数字阵列雷达低仰角测高方法研究米波数字阵列雷达低仰角测高方法研究近年来，随着科技的发展，雷达技术在各个领域得到了广泛应用，其中包括空中、海上和地面的目标检测和跟踪。

雷达具有无人监控、全天候和全天时的优势，在军事、航空航天、气象、地质勘探和交通运输等领域发挥着重要作用。

而在雷达应用中，目标的高度信息是非常关键的参数之一。

在传统的雷达测高方法中，一般采用天线机械扫描或电子扫描的方式获取目标的角度信息，然后通过测量目标与雷达之间的距离，就可以计算目标的高度。

然而，这种方法存在着一些限制，尤其是在测量低仰角目标的高度时。

低仰角目标的回波信号较弱，易受到大地回波的干扰，导致测量结果不准确。

为了克服传统方法的不足，近年来，米波数字阵列雷达作为一种新型的雷达技术日益受到关注。

米波数字阵列雷达可实现多波束形成和快速信号处理，提高雷达的分辨能力和抗干扰能力。

同时，米波雷达还具有大功率、高精度、高分辨率的特点，适用于各种应用场景。

针对低仰角测高问题，一种基于米波数字阵列雷达的新方法被提出。

该方法通过选择合适的波束形成算法，将雷达的发射波束和接收波束分别聚焦在目标上，提高目标回波信号的接收能力。

同时，该方法还利用雷达的多普勒频移特性，通过测量目标回波信号的频率差异，进一步精确计算目标的高度信息。

为了验证该方法的有效性，进行了一系列的实验研究。

实验结果表明，基于米波数字阵列雷达的低仰角测高方法在提高测量精度方面具有明显优势。

与传统方法相比，该方法能够减小大地回波干扰，提高目标信号的接收能力，从而获得更精确的高度信息。

同时，该方法还能够通过波束形成算法的优化，进一步提高雷达系统的性能。

此外，该方法还具有较高的实用性和适应性。

由于数字阵列雷达的柔性配置和可编程性，该方法可以根据不同的目标和环境需求进行调整和优化。

并且，该方法还可以与其他雷达技术相结合，进一步提高雷达系统的整体性能。

综上所述，米波数字阵列雷达低仰角测高方法的研究具有重要意义。