[发明专利]基于地形信息的米波雷达低仰角估计方法

权利要求书

1.一种基于地形信息的米波雷达低仰角估计方法，包括如下步骤：

(1)设定天线架设高度的初值与仰角搜索值：

令反射点高度的初始值为h_b＝0，天线中心到其地面投影点的距离为h_r0，则天线架设高度的初值为h_r＝h_r0-h_b，仰角搜索值为θ₁＝θⁿ,n＝1,2,...,N，其中N为仰角搜索值的个数；

(2)设θ₂为多径信号仰角，θ₃为多径信号在地面反射时的擦地角，根据多径反射模型的几何关系得到：θ₁≈θ₂≈θ₃；

(3)计算天线架设高度：

(3a)计算天线中心的地面投影点到反射点的距离为：

G₁＝h_r/tan(θ₃)＝h_r/tan(θ₁)；

(3b)利用G₁与目标的方位信息从地形信息中取出多径信号反射点的高度值计算天线架设的高度：其中，n＝1,2,…N；

(4)采用精确最大似然RML算法进行目标仰角估计，求出目标仰角估计值的中间值：

(4a)设米波阵列雷达接收的信号为x，令为N个仰角搜索值对应的天线架设高度的集合；

(4b)计算用于搜索的复合导向矢量w：

其中a(θ₁)表示目标在直达信号仰角为θ₁方向上的导向矢量，ρ为反射系数，R_d为目标到雷达的直线距离，为多径信号与直达波信号之间的相位差；

(4c)计算RML算法的似然函数值：

其中H表示复共轭转置；

(4d)由似然函数得到中间的目标仰角估计值为：

其中θ^m表示第m个仰角搜索值；

(5)将天线架设高度更改为为(4a)中天线架设高度集合中的第m个值，重复步骤(3)～步骤(4)进行迭代，直到相邻两次迭代结果中的多径信号反射点高度值相同时结束迭代，得到最终的目标仰角估计值与天线架设高度h_r。

2.根据权利要求1所述的方法，其中(4b)中计算复合导向矢量，按如下步骤进行：

(4b1)将目标在直达信号仰角为θ₁方向上的导向矢量表示为a(θ₁)，将目标在多径反射信号仰角为θ₂方向上的导向矢量表示为a(θ₂)；

(4b2)由多径信号反射几何模型，得到θ₂与θ₁的几何关系：

θ₂＝-arcsin(sin(θ₁)+2h_rm/R_d)，其中R_d为目标到雷达的直线距离；

将多径反射信号的导向矢量a(θ₂)表示为：a(θ₂)＝a(-arcsin(sin(θ₁)+2h_rm/R_d))；

(4b3)计算多径信号与直达波信号之间的相位差为其中λ为雷达工作波长，将复合导向矢量表示为：

3.根据权利要求1所述的方法，其中(4c)中计算RML算法的似然函数值，按如下步骤进行：

(4c1)设米波雷达接收的信号x是服从均值为ws、协方差矩阵为σ²I的M维高斯向量，其中s表示目标直达波信号的复包络，σ²表示噪声方差值，I表示单位矩阵，将条件概率表示为：

(4c2)对条件概率T取对数，并去掉常量，得到初始对数似然函数表达式为：

(4c3)用(4c2)的表达式对σ²进行求导，并令其导数为0，求得噪声方差值σ²的估计值：

(4c4)将σ²的估计值代入f(θ₁,σ²,s)中并去掉常数项，得到新的似然函数为：

(4c5)用(4c4)的新似然函数式对s求共轭偏导，并令该共轭偏导为零向量，得到s的估计值为：s＝[w^Hw]^-1w^Hx；将s的估计值代入似然函数中，得到仅含未知数θ₁的似然函数为：

(4c6)对(4c5)中仅含未知数θ₁的似然函数进行化简并去掉常数项，得到RML算法的最终似然函数为：