天波超視距雷達頻域超分辨微多徑測高方法
2023-04-28 04:15:56 2
專利名稱：天波超視距雷達頻域超分辨微多徑測高方法
技術領域：
本發明涉及雷達信號處理領域中的一種雷達測高方法，適用於天波超視距雷達的信號處理系統，可以用於存在多徑條件下目標高度測量。同時，核心理論和方法還可應用於其他目標高度估計需求的信號處理系統中。
背景技術：
天波超視距雷達利用電離層對電磁波的折射實現對視距外目標的檢測，工作距離遠、覆蓋範圍大，能夠提供戰略預警情報信息。但由於其自上而下的探測方式，常規方法只能提供目標距離、目標方位和都卜勒頻率，不能提供目標高度信息，給提高目標定位精度、實現目標粗分類與檢測識別帶來了困難，限制了其效能的進一步發揮。為了解決這一問題，文獻[l]AndersonC. ff. , Green S. D. , Kingsley S. P. 「HFskywave radar estimating aircraft heights using super-resolution in range，，IEEProceedings-Radar, SonarNavigation, August 1996,143 (4), 281-285 利用海面對信號的多徑效應，提出了目標的微多徑信號模型。該模型中，發射信號st (t)與目標散射信號\(t)在目標附近的海面上反射，從而形成多徑信號，而此多徑信號的入射角度和相對於直接傳播信號的時延與高度相關，因此可通過測量多徑信號都卜勒頻率與距離之間的差異來實現對目標高度的估計。由於多徑信號距離、都卜勒頻率差分別遠遠小於天波雷達的距離、都卜勒分辨單元，如何實現極細微信號參數分辨成為利用這一模型估計目標高度的關鍵。針對這一關鍵難點，文獻[2]ANDERSONR. H.，KRAUT S.，KROLIK J. L. 「Robustaltitudeestimation for over-the-horizon radar using a state—space multipathfading model，，IEEETransactions on Aerospace and Electronic Systems, January2003,39(1)，192-201提出利用水聲信號處理中的匹配濾波法，考察信號距離-都卜勒頻譜譜峰形狀在多次駐留時間上的變化，將之與微多徑模型進行匹配，以匹配程度最高的高度參量作為對待求目標高度的估計。不過，由於高頻電磁波在電離層中的傳播路徑與電離層狀態息息相關，這一方法的順利實施，離不開對電離層參數的精確掌握。而電離層參數不僅具有一定的隨機性，且處於不斷的變化之中，當前技術水平並不足以支持前述方法對電離層參數的高精度需求，目前尚未見到國內外天波超視距雷達目標高度估計進入實際應用的報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種天波超視距雷達頻域超分辨微多徑測高方法，解決天波超視距雷達系統進行目標高度測量所面臨的困難和問題，克服已有技術的缺點和不足。在不改變系統硬體結構的前提下，有效實現對目標微多徑信號參數的分辨，並提高對電離層參數估計誤差的穩健性。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種天波超視距雷達頻域超分辨微多徑測高方法，包括如下步驟
(I)將波束形成後的某通道原始接收數據X分成兩路，一路送常規處理，經脈衝壓縮和相干積累後進行目標檢測，得到感興趣目標距離A和都卜勒頻率fM，另一路送往步驟
(2)，數據矩陣X維數為MtlXNtl，其中M0、N0分別為相干周期數和每周期採樣點數，其相干周期長度為T，周期內採樣間隔為t ；(2)根據脈衝壓縮原理，將步驟(I)得到的目標距離A換算成信號瞬時頻率&，結合都卜勒頻率fD(l，設計相應的帶通有限衝激響應濾波器，利用該濾波器對接收機數據X進行濾波，得到不含雜波及幹擾的目標信號數據矩陣Xs，該矩陣維數MXN，其中M、N分別為濾波後周期數和每周期採樣點數；(3)估計距離維相關矩陣
權利要求
1.天波超視距雷達頻域超分辨微多徑測高方法，包括如下技術步驟 (1)將波束形成後的某通道原始接收數據X分成兩路，一路送常規處理，經脈衝壓縮和相干積累後進行目標檢測，得到感興趣目標距離A和都卜勒頻率fD(l，另一路送往步驟(2)，數據矩陣X維數為MtlXNtl，其中M0、N0分別為相干周期數和每周期採樣點數，其相干周期長度為T，周期內採樣間隔為t; (2)根據脈衝壓縮原理，將步驟(I)得到的目標距離A換算成信號瞬時頻率&，結合都卜勒頻率fD(l，設計相應的帶通有限衝激響應濾波器，利用該濾波器對接收機數據X進行濾波，得到不含雜波及幹擾的目標信號數據矩陣Xs，該矩陣維數為MXN，其中M、N分別為濾波後周期數和每周期採樣點數； (3)估計距離相關矩陣
2.根據權利要求1所述的天波超視距雷達頻域超分辨微多徑測高方法，其特徵在於，步驟(5)中進行都卜勒頻率校正的方法是，利用加權子空間擬合法對步驟(4)中Rf進行頻率參數估計，求出P個都卜勒頻率，得到其均值fDM，利用fDM對其進行校正
全文摘要
本發明公開了一種天波超視距雷達頻域超分辨微多徑測高方法，適用於天波超視距雷達的信號處理系統。具體步驟為通過帶通FIR濾波將感興趣目標及其多徑信號濾出；利用超分辨方法估計其距離均值，設計距離正交投影矩陣濾除部分冗餘微多徑信號；形成都卜勒域加權信號子空間，估計其都卜勒均值；由微多徑模型計算都卜勒參數，利用都卜勒均值進行校正，形成都卜勒投影矩陣，將加權信號子空間與都卜勒投影矩陣進行匹配，搜索得出待求目標高度估計值，具體步驟見
圖1。該方法降低了噪聲和電離層參數誤差引起匹配失敗的機率。技術並不局限於天波超視距雷達系統，可廣泛應用於存在地面多徑效應的目標測高場合，具有推廣應用價值。
文檔編號G01S13/08GK103048655SQ201210538559
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月11日 優先權日2013年1月11日
發明者陳建文, 鮑拯, 江鵬飛 申請人:中國人民解放軍空軍預警學院