基于地形参数表的周期性合成导向矢量最大似然算法制造技术

本发明专利技术提供一种基于地形参数表的周期性合成导向矢量最大似然算法，并将其应用在数字阵列雷达低仰角测高；其中，阵列回波信号由直达波和多径反射波组成，引入多径因子的概念，建立与回波信号对应的合成导向矢量，然后将合成导向矢量应用于最大似然算法当中，形成合成导向矢量最大似然算法，利用合成导向矢量多径因子的周期性，确定地形搜索范围，对地形搜索范围内的每一个角度建立起对应的地形参数，形成地形参数表，在后续的合成导向矢量最大似然算法的测高处理中直接调入已经建立好的地形参数表进行实时误差补偿，具有良好的精度和稳健性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达信号处理
，涉及一种周期性合成导向矢量最大似然算法，特别适用于数字阵列雷达低仰角测高。
技术介绍
空间谱估计技术是近30年来发展起来的一门新兴的空域信号处理技术，也可以说它是在波束形成技术、“零点”形成技术和时域估计技术的基础上发展起来的一种新技术，其主要目标是研究提高在处理带宽内空间信号(包括相互独立信号、部分相关信号和相干信号)的角度估计精度、角度分辨力以及提高运算速度的各种算法。存在多源信号时，对所需信号的提取、测量一直是人们研究的重点课题。波达角的估计与阵列波束宽度和干扰入射角有关。若干扰信号与所需信号的入射角之差小于波束宽度时，虽然可以使干扰信号处于零点位置，但主瓣指向已偏离了所需信号到达角的方向，引起角度估计误差增大，这就是常说的瑞利限。在天线尺寸较小的条件下，如果要去区分波束宽度内的两个信号，这就需要寻求超分辨算法，上世纪八十年代初发展起来的阵列超分辨方法能够突破瑞利限的限制，提高了角度分辨率，因此受到大家的广泛关注。目前，国内外学者对数字阵列雷达低仰角最大似然算法测高问题进行了广泛的研究，取得了一些突破性的进展。Lo建立精确的多径反射信号模型，以减少待估参数的个数，用精确最大似然算法提高参数估计精度。在此基础上，杨雪亚于2011年在其博士论文中提出了基于多径信号模型的合成导向矢量最大似然测高算法，将精确多径信号模型引入到数字阵列雷达测高中，提高了测高了精度，在工程应用中效果较好现有技术中，《系统工程与电子技术》2006年第27卷第11期记载的论文《频率捷变的相控阵雷达目标多径DOA估计算法》采用频率分集技术，通过改变雷达的工作频率而改变测角误差，靠多次平滑来减小测角误差，其测角精度仍然较低；《电子学报》2007年第35卷第6期记载的论文《基于波瓣分裂的米波雷达测高方法及其应用》对阵地的平坦性要求较高，且测高精度只能达到距离的1％，难以满足一些精度较高的实际使用要求；《电子与信息学报》2008年第30卷第1期记载的论文《基于交替投影的DOA估计方法及其在米波雷达中的应用》提出的基于交替投影的DOA估计方法为二维非线性优化问题，运算量很大，实时性较差，且没有利用地形等先验信息。此外，专利《二维数字阵列雷达数字波束形成系统及方法》(申请号：201010509676.5)采用的普通数字波束方法无法突破“瑞利限”的限制，消除多径效应和波瓣分裂现象的影响；专利《基于合成导向矢量的波束形成米波雷达测高方法》(申请号：201310192066.0)采用的算法对信噪比的要求较高，亦没有充分地利用数字阵列雷达的先验信息；专利《基于地形匹配的数字阵列米波雷达超分辨测高方法》(申请号：201110120849.9)对如何获取、利用地形信息没有进行清晰有效地阐述。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于地形参数表的周期性合成导向矢量最大似然算法，针对数字阵列雷达，突破普通波束形成“瑞利限”的限制，消除多径效应和波瓣分裂现象的影响，利用合成导向矢量的多径因子周期性，建立起地形参数表，实时进行误差补偿，具有良好的精度和稳健性。本专利技术可适用于数字阵列雷达低仰角测高。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供一种基于地形参数表的周期性合成导向矢量最大似然算法，其包含以下步骤：步骤1：数字阵列雷达回波由直达波和多径反射波组成，引入多径因子rc，建立与雷达回波相对应的合成导向矢量asum(θd,θs)：rc＝ρ·exp(j2πΔR/λ)asum(θd,θs)＝a(θd)+rc*a(θs)其中，ρ为地面反射系数，ΔR为直达波和多径反射波的波程差，θd为直达波的入射角，θs为多径反射波的入射角，λ为雷达波长；步骤2：根据二次雷达提供的目标距离和高度先验信息，由地球曲面模型计算出目标仰角Φ，对于目标仰角Φ的所有元素执行本步骤描述的以下处理：对目标仰角Φ所有元素中的任意一元素φi，由合成导向矢量多径因子的周期性导出此点迹所对应的地形搜索周期Hr：Hr＝λ/2sinφi步骤3：设定一个地面落差的搜索区域Hs，将搜索区域Hs划分为K个元素：hrl＝-Hr/2hru＝Hr/2Hs＝[hrl hrl+Δh hrl+2Δh…hru-Δh]其中，hrl，hru为Hr的上下边界，Δh为搜索步进；步骤4：对hrk∈Hs和给定的仰角搜索范围Φ，由空间谱搜索得到对应于参数hrk的仰角估计值asum(φ,hr)＝ad(φ,hr)+ρexp(-j2πΔR/λ)as(φ,hr) P a s u m ( φ , h r ) = a s u m ( φ , h r ) ( a s u m ( φ , h r ) H a s u m ( φ , h r ) ) a s u m ( φ , h r ) H ]]> φ ^ d k = arg max h r = h r k , φ ∈ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于地形参数表的周期性合成导向矢量最大似然算法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1：数字阵列雷达回波由直达波和多径反射波组成，引入多径因子rc，建立与雷达回波相对应的合成导向矢量asum(θd,θs)：rc＝ρ·exp(j2πΔR/λ)asum(θd,θs)＝a(θd)+rc*a(θs)其中，ρ为地面反射系数，ΔR为直达波和多径反射波的波程差，θd为直达波的入射角，θs为多径反射波的入射角，λ为雷达波长；步骤2：根据二次雷达提供的目标距离和高度先验信息，由地球曲面模型计算出目标仰角Φ，对于目标仰角Φ的所有元素执行本步骤描述的以下处理：对目标仰角Φ所有元素中的任意一元素φi，由合成导向矢量多径因子的周期性导出此点迹所对应的地形搜索周期Hr：Hr＝λ/2sinφi步骤3：设定一个地面落差的搜索区域Hs，将搜索区域Hs划分为K个元素：hrl＝‑Hr/2hru＝Hr/2Hs＝[hrl hrl+Δh hrl+2Δh … hru‑Δh]其中，hrl，hru为Hr的上下边界，Δh为搜索步进；步骤4：对hrk∈Hs和给定的仰角搜索范围Φ，由空间谱搜索得到对应于参数hrk的仰角估计值asum(φ,hr)＝ad(φ,hr)+ρexp(‑j2πΔR/λ)as(φ,hr)Pasum(φ,hr)＝asum(φ,hr)(asum(φ,hr)Hasum(φ,hr))asum(φ,hr)Hφ^dk=argmaxhr=hrk,φ∈Φ(tr(Pasum(φ,hr)R^x))]]>其中，ad(φ,hr)为直达波导向矢量，as(φ,hr)为反射波导向矢量，asum(φ,hr)为合成导向矢量，为合成导向矢量的投影算子，为目标回波的自相关矩阵；步骤5：对hrk得到当前点迹的测角绝对误差对所有hrk(k＝1,2,…,K)均作本步骤的上述处理，获得当前点迹在不同地形搜索范围Hs下测角绝对误差向量e(t)＝[e1(t) e2(t) … eK(t)]，并得到对应于仰角φi的地形参数hr(φi)：hr(φi)=argminhrk∈Hre(t)]]>步骤6：对此方位的航线上所有点迹均作步骤5的寻优处理，得到整个航线上的仰角Φ一一对应的地形参数值Hr(Φ)，对所得到的地形参数值Hr(Φ)作平滑处理，得到平滑后地形参数值Hrsmh(Φ)，对平滑后地形参数值Hrsmh(Φ)进行数据拟合，建立地形参数表Hropt(Φ)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于地形参数表的周期性合成导向矢量最大似然算法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1：数字阵列雷达回波由直达波和多径反射波组成，引入多径因子rc，建立与雷达回波相对应的合成导向矢量asum(θd,θs)：rc＝ρ·exp(j2πΔR/λ)asum(θd,θs)＝a(θd)+rc*a(θs)其中，ρ为地面反射系数，ΔR为直达波和多径反射波的波程差，θd为直达波的入射角，θs为多径反射波的入射角，λ为雷达波长；步骤2：根据二次雷达提供的目标距离和高度先验信息，由地球曲面模型计算出目标仰角Φ，对于目标仰角Φ的所有元素执行本步骤描述的以下处理：对目标仰角Φ所有元素中的任意一元素φi，由合成导向矢量多径因子的周期性导出此点迹所对应的地形搜索周期Hr：Hr＝λ/2sinφi步骤3：设定一个地面落差的搜索区域Hs，将搜索区域Hs划分为K个元素：hrl＝-Hr/2hru＝Hr/2Hs＝[hrl hrl+Δh hrl+2Δh … hru-Δh]其中，hrl，hru为Hr的上下边界，Δh为搜索步进；步骤4：对hrk∈Hs和给定的仰角搜索范围Φ，由空间谱搜索得到对应于参数hrk的仰角估计值asum(φ,hr)＝ad(φ,hr)+ρexp(-j2πΔR/λ)as(φ,hr)Pasum(φ,hr)＝asum(φ,hr)(asum(φ,hr)Hasum(φ,hr))asum(φ,hr)H φ ^ d k = argmax h r = h r k , φ ∈ Φ ( t r ( P a s u m ( φ , h r ) R ^ x ) ) ]]>其中，ad(φ,hr)为直达波导向矢量，as(φ,hr)为反射波导向矢量，asum(φ,hr)为合成导向矢量，为合成导向矢量的投影算子，为目标回波的自相关矩阵；步骤5：对hrk得到当前点迹的测角绝对误差对所有hrk(k＝1,2,…,K)均作本步骤的上述处理，获得当前点迹在不同地形搜索范围Hs下测角绝对误差向量e(t)＝[e1(t) e2(t) … eK(t)]，并得到对应于仰角φi的地形参数hr(φi)： h r ( φ i ) = argmin h r k ∈ H r e ( t ) ]]>步骤6：对此方位的航线上所有点迹均作步骤5的寻优处理，得到整个航线上的仰角Φ一一对应的地形参数值Hr(Φ)，对所得到的地形参数值Hr(Φ)作平滑处理，得到平滑后地形参数值Hrsmh(Φ)，对平滑后地形参数值Hrsmh(Φ)进行数据拟合，建立地形参数表Hropt(Φ)。2.如权利要求1所述基于地形参数表的周期性合成导向矢量最大似然算法，其特征在于，步骤6之后进一步包含以下步骤：步骤7：将建立的地形参数表Hropt(Φ)用于合成导向矢量最大似然算法，对每个搜索范围内的角度φ∈Φ，查表得到其对应的地形参数并使用一维角度搜索的合成导向矢量最大似然算法得到目标仰角的估计值 a s u m ( φ , H r o p t ) = a d ( φ , H r o p t ) + ρ exp ( - j 2 π Δ R / λ ) a s ( φ , H r o p t ) ]]> P a s u m ( φ , H r o p t ) = a s u m ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴刚，王志诚，余渝生，蔡信，张天键，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31