米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法技术

本发明专利技术公开一种米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法，该方法包括如下步骤：(1)确定仰角测量的左、右波束指向；(2)确定仰角测量的中心指向；(3)确定凹口区间；(4)计算特征值对应的特征矢量；(5)构成信号子空间；(6)确定加权值；(7)建立鉴角曲线；(8)确定接收信号内目标的仰角值。本发明专利技术可用于米波雷达存在多径反射信号的干扰时，对高仰角目标的仰角进行测量。本发明专利技术提高了米波雷达存在多径反射信号时，对高仰角目标的仰角测量精度。

A VHF radar multipath reflection when elevation measurement method for high elevation targets

The invention discloses a VHF radar with multipath elevation measurement method for high elevation when the target, the method comprises the following steps: (1) to determine the left and right beam elevation measurement point; (2) to determine the elevation measurement center point; (3) to determine the notch interval; (4) calculating eigenvalue vector the corresponding; (5) a signal subspace; (6) to determine the weighted value; (7) the establishment of phase angle curve; (8) to determine the received signal within the target elevation value. The invention can be used for interference in VHF radar multipath reflection signal, the high elevation target elevation measurement. The invention improves the VHF radar multipath reflection signal, elevation measurement precision for high elevation targets.

【技术实现步骤摘要】
米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及雷达
中的一种米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法。本专利技术可用于改善米波雷达对高仰角目标测仰角过程中，由于存在地面或海面引起的多径反射回波所导致的目标仰角估计精度下降的问题。
技术介绍
米波雷达由于波束宽，在对低仰角目标定位时，雷达波束打地，使得目标的直达波和地(海)面反射的多径反射波在天线波束主瓣内叠加，这两个信号强相关，这组强相关的信号同时被雷达天线接收，使得雷达不能正确的估计出目标的仰角,在对高仰角目标进行仰角测量时，由于天线波束旁瓣内存在多径反射信号，仰角测量精度低，在对仰角测量精度要求高的雷达系统中，多径反射信号的干扰仍然不可忽略，值得重视。张光义院士在其发表的论著《相控阵雷达原理[M]》(国防工业出版社，1994北京)中公开了一种单脉冲测角方法。该单脉冲测角方法是利用单个脉冲的回波信号测出目标真实位置的测角方法。传统的单脉冲测角方法中的比幅单脉冲测角方法是利用在观测方向上形成的两个指向不同的接收波束，比较这两个接收波束的幅度差异，查表可知每个目标的估计仰角。传统的单脉冲测角方法忽略了米波雷达的天线方向图内的多径反射信号的干扰，因此用传统单脉冲测角方法在米波雷达在存在多径反射信号时对高仰角目标进行仰角测量存在测量精度低的问题。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术存在的不足，提出一种米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法。本专利技术提出一种计算左、右波束(左波束即下波束，右波束即上波束)指向方向图的加权值的方法，通过直接抑制米波雷达的多径反射信号的干扰，以解决现有技术在米波雷达存在多径反射信号时对高仰角目标的仰角测量精度低的问题。本专利技术的基本思路是：确定仰角测量的左、右波束指向和中心指向，确定凹口区间，计算特征值对应的特征矢量，构成信号子空间，确定加权值，建立鉴角曲线，确定接收信号内目标的仰角值。实现本专利技术目的的具体步骤如下：(1)确定仰角测量的左、右波束指向：(1a)在有多径反射时，米波雷达发射脉冲中任意选定两个相互交叠的波束；(1b)将左边的波束作为仰角测量的左波束，右边的波束作为仰角测量的右波束，将仰角测量的左波束的指向作为仰角测量的左波束指向，仰角测量的右波束的指向作为仰角测量的右波束指向；(2)确定仰角测量的中心指向：将仰角测量的左波束与右波束交叠位置的指向作为仰角测量的中心指向；(3)确定凹口区间：按照下式，确定仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间：其中，D表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间，θL表示仰角测量的左波束指向,θR表示仰角测量的右波束指向，Δ表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间大小的二分之一；(4)计算特征值对应的特征矢量：(4a)按照导向矢量公式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量；(4b)按照自相关矩阵公式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵；(4c)按照特征矢量公式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的特征值及该特征值对应的特征矢量；(5)构成信号子空间：将仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的所有特征值从大到小排序，选取排序后的特征值中的前m个特征值所对应的特征矢量，m的取值取决于雷达的工作环境，将所选取特征矢量组成信号子空间；(6)确定加权值：按照下式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值：w1＝[I-G*(GH*G)-1*GH]*w3w2＝[I-G*(GH*G)-1*GH]*w4其中,w1、w2分别表示仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值，I表示单位矩阵，G表示信号子空间,*表示矩阵相乘操作，H表示共轭转置操作，(·)-1表示矩阵求逆操作，w3、w4分别表示采用传统比幅单脉冲测角方法确定的仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值；(7)建立鉴角曲线：(7a)在有多径反射时，米波雷达发射脉冲中任意选定两个相互交叠的波束，将该交叠位置的指向作为仰角测量的中心指向，取一段以仰角测量的中心指向为中心的区间作为鉴角曲线上仰角测量区间；(7b)按照导向矢量公式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量；(7c)按照加权求和公式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的左、右加权求和值；(7d)按照下式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的比值：其中，fk表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的比值，pk1、pk2分别表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的左、右加权求和值；(7e)连接鉴角曲线上仰角测量区间内上所有的导向矢量的比值，得到鉴角曲线；(8)确定接收信号内目标的仰角值：(8a)按照加权求和公式，计算在有多径反射时，米波雷达接收信号的左、右加权求和值；(8b)按照下式，计算接收信号内目标的比值：其中，g表示接收信号内目标的比值，q1、q2分别表示在有多径反射时，米波雷达接收信号的左、右加权求和值；(8c)按照下式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的比值与接收信号内目标的比值的差值：ck＝|fk-g|其中，ck表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的比值与接收信号内目标的比值的差值，|·|表示取绝对值操作，fk表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的比值，g表示接收信号内目标的比值；(8d)取鉴角曲线上仰角测量区间上所有的导向矢量的比值与接收信号内目标的比值的差值中最小的差值，将该差值对应的导向矢量的仰角值作为在有多径反射时，米波雷达接收信号内目标的仰角值。本专利技术与现有的技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术在仰角测量的左、右波束指向方向图上确定了凹口区间，使得米波雷达能够抑制仰角测量的左、右波束指向方向图的旁瓣内的多径反射信号的干扰，克服了现有技术忽略方向图内的多径反射信号的干扰，在对高仰角目标仰角测量时精度低的问题，使得本专利技术具有对高仰角目标仰角测量精度高的优点。第二，由于本专利技术采用了由仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的选取的特定的特征矢量构成的信号子空间，减少了计算量，使得本专利技术具有利于工程实现的优点。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的米波雷达多径反射信号示意图；图3为本专利技术的仿真实验中左、右波束指向方向图；图4为本专利技术的仿真实验中鉴角曲线示意图；图5为本专利技术的仿真实验中仰角测量精度图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。参照附图1，本专利技术的具体步骤如下：步骤1，确定仰角测量的左、右波束指向。在有多径反射时，米波雷达发射脉冲中任意选定两个相互交叠的波束。将左边的波束作为仰角测量的左波束，右边的波束作为仰角测量的右波束，将仰角测量的左波束的指向作为仰角测量的左波束指向，仰角测量的右波束的指向作为仰角测量的右波束指向。步骤2，确定仰角测量的中心指向。将仰角测量的左波束与右波束交叠位置的指向作为仰角测量的中心指向。步骤3，确定凹口区间。按照下式，确定仰角测量的左、右波束指向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法，包括如下步骤：(1)确定仰角测量的左、右波束指向：(1a)在有多径反射时，米波雷达发射脉冲中任意选定两个相互交叠的波束；(1b)将左边的波束作为仰角测量的左波束，右边的波束作为仰角测量的右波束，将仰角测量的左波束的指向作为仰角测量的左波束指向，仰角测量的右波束的指向作为仰角测量的右波束指向；(2)确定仰角测量的中心指向：将仰角测量的左波束与右波束交叠位置的指向作为仰角测量的中心指向；(3)确定凹口区间：按照下式，确定仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间：

【技术特征摘要】
1.一种米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法，包括如下步骤：(1)确定仰角测量的左、右波束指向：(1a)在有多径反射时，米波雷达发射脉冲中任意选定两个相互交叠的波束；(1b)将左边的波束作为仰角测量的左波束，右边的波束作为仰角测量的右波束，将仰角测量的左波束的指向作为仰角测量的左波束指向，仰角测量的右波束的指向作为仰角测量的右波束指向；(2)确定仰角测量的中心指向：将仰角测量的左波束与右波束交叠位置的指向作为仰角测量的中心指向；(3)确定凹口区间：按照下式，确定仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间：其中，D表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间，θL表示仰角测量的左波束指向,θR表示仰角测量的右波束指向，Δ表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间大小的二分之一；(4)计算特征值对应的特征矢量：(4a)按照导向矢量公式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量；(4b)按照自相关矩阵公式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵；(4c)按照特征矢量公式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的特征值及该特征值对应的特征矢量；(5)构成信号子空间：将仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的所有特征值从大到小排序，选取排序后的特征值中的前m个特征值所对应的特征矢量，m的取值取决于雷达的工作环境，将所选取特征矢量组成信号子空间；(6)确定加权值：按照下式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值：w1＝[I-G*(GH*G)-1*GH]*w3w2＝[I-G*(GH*G)-1*GH]*w4其中,w1、w2分别表示仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值，I表示单位矩阵，G表示信号子空间,*表示矩阵相乘操作，H表示共轭转置操作，(·)-1表示矩阵求逆操作，w3、w4分别表示采用传统比幅单脉冲测角方法确定的仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值；(7)建立鉴角曲线：(7a)在有多径反射时，米波雷达发射脉冲中任意选定两个相互交叠的波束，将该交叠位置的指向作为仰角测量的中心指向，取一段以仰角测量的中心指向为中心的区间作为鉴角曲线上仰角测量区间；(7b)按照导向矢量公式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量；(7c)按照加权求和公式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的左、右加权求和值；(7d)按照下式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的比值：其中，fk表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的比值，pk1、pk2分别表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的左、右加权求和值；(7e)连接鉴角曲线上仰角测量区间内上所有的导向矢量的比值，得到鉴角曲线；(8)确定接收信号内目标的仰角值：(8a)按照加权求和公式，计算在有多径反射时，米波雷达接收信号的左、右加权求和值；(8b)按照下式，计算接收信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永波，王海同，何学辉，刘宏伟，苏洪涛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61