[发明专利]一种复杂地形条件下的低空目标仰角估计方法

说明书

本发明公开了一种复杂地形条件下的低空目标仰角估计方法，其主要思路为：确定雷达，雷达的检测范围内存在低空目标，低空目标为距离地面设定距离处的目标，雷达包括的阵元总个数为N，确定数字慢采样总次数为Snap，雷达向其检测范围内的低空目标发射信号并接收低空目标回波信号；确定低空目标距离单元，然后对低空目标回波信号在低空目标距离单元处进行Snap次数字慢采样，计算得到低空目标回波信号采样数据协方差矩阵估计值确定雷达的搜索角度范围[θ_α,θ_β]，θ_α表示雷达的搜索角度最小值，θ_β表示雷达的搜索角度最大值；构造低空目标回波信号能量谱E，进而得到低空目标仰角估计值，所述低空目标仰角估计值为一种复杂地形条件下的低空目标仰角估计结果。

技术领域

本发明属于雷达参数估计技术领域，特别涉及一种复杂地形条件下的低空目标仰角估计方法，适用于雷达在多径环境下对目标的角度估计。

背景技术

在雷达对低空目标进行角度测量时，雷达的波束指向角度较小，很容易造成波束打地，使得地海面反射增强，同时接收到的噪声和杂波变多，且目标的多径现象严重，导致测量结果不准确。由于多径效应的影响，强相干的目标直达回波和反射回波同时进入同一接收波束主瓣宽度内，一般方法难以区分两者，使得测量误差增大。另外，在对低空目标进行测量时，反射面的粗糙程度以及地形的复杂度会直接影响反射系数以及反射回波信号，从而影响测量结果。因此，低空目标角度测量的难点在于消除多径效应、提高角度分辨力、使估计方法在复杂地形条件下具有一定的稳定性。

近年来针对低空目标仰角估计问题已进行了大量研究，主要有基于阵列超分辨技术的多重信号分类(MUSIC)算法和最大似然(ML)估计算法。由于多径效应的影响，直达波与反射波是一组强相干信号，而多重信号分类法无法处理相干信号源，严重时完全失效。对于最大似然估计法，当直达波和反射波的角度差小于波束宽度的1/3时，估计误差增大，小于1/4时几乎不能区分真实目标和镜像。上述方法通常需要特征值分解和多维空间谱搜索，不利于工程实现。以上方法实现的前提是，反射面平坦光滑或者起伏较小，目标回波信号在反射面发生镜面反射，接收端收到的反射信号源为点目标。但是在较复杂的阵地，例如崎岖的山地、风浪较大的海面等，此时反射面粗糙程度变大，多径反射波不是完全镜面反射，还有漫反射波，且反射面越粗糙，漫反射分量占比越大，这种情况下现有方法不能得到满足精度要求的估计结果。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种复杂地形条件下的低空目标仰角估计方法，该种复杂地形条件下的低空目标仰角估计方法能够减小计算量，易于工程实现；能够提高雷达在复杂地形条件下的角度估计性能，增强角度估计方法的稳定性和多场景适用性，实现在复杂地形条件下对低空目标的精确探测和跟踪，主要解决现有方法中计算量大、在复杂地形条件下测量误差大、应用范围受限的问题。

本发明的主要思路：利用阵元输出加权对回波数据进行滤波，通过最小值搜索的方式对仰角进行估计，即技术方案借鉴空域滤波和波束形成原理，提出了基于阵元输出加权的仰角估计方法，其核心思想是将真实低空目标看作单点信号源，而将镜像低空目标看作多点信号源，复杂地形条件下反射回波信号包括镜面反射和漫反射，对应于此时有多个镜像低空目标的反射波被接收到；通过对阵元输出加权，形成具有两个零陷的波束滤波器，其中一个个零陷对应于当前的搜索仰角，另一个零陷的中心对应于搜索仰角的镜面反射角，具有一定宽度，零陷宽度由反射面粗糙程度决定；在仰角搜索过程中，通过上述波束滤波器对回波数据进行滤波，当滤波器的零陷正好对应于真实低空目标的仰角和反射角时，阵元输出功率最小，此时正零陷的角度值就是低空目标仰角的估计值。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种复杂地形条件下的低空目标仰角估计方法，包括以下步骤：