米波雷达最大似然超分辨测高技术研究

米波雷达垂直面波束比较宽,直达波与多径相干叠加导致垂直面波瓣分裂,波束比幅或DBF(数字波束形成)搜索的方法无法进行测高。介绍了最大似然算法原理,分析了米波雷达反射场的几何模型,提出了与阵列几何模型匹配的最大似然阵列超分辨测高方法,给出了算法的具体实现步骤,有效解决了米波雷达低仰角测高问题。针对试验米波雷达系统采集的实际回波,给出了DBF搜索、传统最大似然及该文算法的处理结果,试验结果也表明了该方法的优良测高性能。     

阵列米波雷达测高方法及性能分析

米波雷达在反隐身和抗反辐射导弹等方面有着独特的优势,在现代防空体系中,发挥着举足轻重的作用。但多径信号的存在,往往对米波雷达测高带来困难。该文紧密结合阵列米波雷达特点,在阵列多径信号模型基础上,总结和归纳了以传统最大似然(ML)算法为基础的3种米波雷达测高方法:基于时空级联ML算法的测高方法;基于改进的时空级联ML算法的测高方法;基于精确最大似然(RML)算法的测高方法。对这些方法进行了理论性能分析,梳理了3种方法之间的相互关系,并对理论分析结果进行了计算机仿真实验,最后给出一些有意义的结论。     

DBF技术在扩大米波雷达测高范围中的应用

针对基于波瓣分裂的米波雷达测高方法只能在低仰角范围内(1°~11°)测高的问题,提出一种将数字波束形成(DBF,Digital Beam Forming)技术与波瓣分裂相结合的米波雷达测高方法,以扩大仰角测量范围(1°~25°)。该方法采用5个不同高度的天线接收回波信号,利用DBF技术,判断出目标的仰角范围,再利用“比幅-比相”的方法进行测高。计算机仿真结果表明:该方法对仰角在25°以下的目标能有效地测量高度。     

基于波瓣分裂的米波雷达低仰角测高方法及其应用

针对米波雷达的波束较宽、由于地面反射引起波瓣分裂,通常只能估高而不能测高这一难题,提出一种基于分裂波瓣的米波雷达低仰角测高方法——比相比幅法.该方法采用多个不同高度的测高天线,由于不同高度天线的分裂波瓣有一定的相位关系,利用该相位关系确定目标所在仰角区间;利用不同天线接收信号幅度进行比幅处理提取归一化误差信号;再查表得到目标的高度.分析地面起伏对测高精度的影响;推导不同阵地情况下的比幅误差曲线.将该方法应用于某型雷达,在我国首次成功地进行了米波雷达测高.试验结果表明该方法是行之有效的.     

基于交替投影的DOA估计方法及其在米波雷达中的应用

由于低仰角目标回波中存在多径信号,使得米波雷达难以对低仰角目标进行高度测量,为此该文提出一种适用于多径信号情况下的波达方向估计的迭代方法。该方法将回波信号的相关矩阵,在各个信号子空间中交替投影,该方法可以同时对直达波和反射波进行精确的波达方向估计,并可以有效地对米波雷达中的低仰角低空目标进行高度测量。计算机仿真和某米波雷达实测数据的处理结果证实了该方法的有效性。Monte-Carlo试验结果表明在低仰角低空测高时,该方法具有比时空级联最大似然方法更好的性能。     

一种适用于米波雷达低角测高环境的快速算法

本文针对米波雷达低角测高环境的特点,充分利用数据协方差矩阵中的信息,基于空间平滑和传播算子的思想,提出了一种适用于米波雷达低角测高环境的快速算法(SSPM算法,Spatial Smoothing and Propagator Method).该方法不需要去相干处理和复杂的特征分解,可直接应用于存在多径干扰的米波雷达低角测高环境.仿真实验及实测数据处理结果均表明了该方法的有效性.     

一种基于空域滤波的米波雷达测高新方法

针对米波雷达波束宽、易受阵地反射多径影响的问题,提出一种基于空域滤波的米波雷达低仰角测高新方法。首先该方法形成指向偏离搜索仰角的空域滤波器,并在搜索仰角及对应的多径反射角处形成两个零陷以对消目标直达回波和多径反射回波。然后,对阵列信号进行滤波,通过滤波后信号能量最小值的角度信息估计目标仰角和高度。与传统的高分辨算法相比,该方法对平坦及粗糙反射面均具有适应性,具有低运算复杂度和高测量精度。最后,计算机仿真和实测数据的处理结果验证了该算法可行有效。     

基于差分预处理的米波雷达低仰角处理算法

由于多径信号的存在,使得米波雷达难以对低仰角目标进行高度测量,为此该文提出一种适用于多径情况下的波达方向估计方法。该方法通过差分处理,补偿了多径信号回波延迟的相位,使得接收回波中仅包含直达波信号,对差分后数据进行常规数字波束形成即可得到目标俯仰角。Monte-Carlo试验结果表明在进行低仰角测高过程中,该方法性能优于空间平滑和线性预测等方法。某米波雷达的实测数据验证了该方法的可行性与有效性。     

米波雷达低仰角测高的地形补偿方法

由于多径效应,米波雷达低仰角测高一般通过空间平滑去相干,或者由反射模型建立合成导向矢量,进而采用多信号分类、最大似然等仰角匹配算法来实现。但固定系数反射模型通常只能适用于平坦地形,在起伏地形条件下建立准确的变系数反射模型极困难。文中分析了目标位置变化过程中地面反射系数的变化情况,提出了一种通过检飞数据直接估算合成导向矢量的方法,以提高起伏地形条件下米波雷达低仰角测高算法的稳健性和精度。实验结果表明了所提方法的有效性,特别在目标距离较远时,使用所提方法得到的仰角精度明显优于传统方法。     

超分辨算法在米波雷达测高中的应用

简要介绍了超分辨算法实现测高的基本原理,以及采用超分辨算法开展的米波雷达测高试验情况,给出了若干淡水反射面条件下的外场试验数据。试验统计结果表明：在满足一定信噪比的条件下,采用空间平滑＋最大似然超分辨处理法可有效提高米波雷达在低仰角的测高精度。     

雷达低角跟踪环境下的最大似然波达方向估计方法

在时空级联最大似然算法的基础上,本文结合雷达低角跟踪的特点,提出一种新的目标仰角估计算法.该算法利用事先得到的目标距离信息和天线高度信息来得到目标直达波信号和多径信号之间的仰角关系,然后再对时空级联最大似然算法的似然函数进行一维搜索.与时空级联最大似然算法相比,新算法不仅运算量大大下降,而且还具有较好的性能.理论分析和计算机仿真结果都证实了新算法的优越性.     

米波雷达低角跟踪环境下的修正MUSIC算法

在经典的MUSIC算法的基础上,结合米波雷达低角跟踪的特点,提出了一种对接收数据的协方差矩阵进行重构的新的修正MUSIC算法,然后分析了其解相干的原理.最后用MATLAB软件对其性能与MMUSIC(Modified MUSIC,MMUSIC)算法进行了仿真比较,结果表明对于2个以上的相干信号源,MMUSIC算法已失效,但新算法仍可准确地估计出各个相干信号源的DOA,并且对于2个相干信号源,其估计精度、估计的稳定性和估计的成功概率也明显高于MMUSIC算法.从而证明了该算法的有效性。     

一种基于线性预处理的米波雷达低仰角处理算法

由于多径效应的存在,使得米波雷达在低仰角时接收到的回波是两组相干信号,即直达信号和反射信号的矢量叠加.本文提出了一种米波雷达在低仰角情况下DOA(波达方向估计)的新方法,先对实测数据进行线性变换,然后对线性变换后的数据和实测数据的差分结果应用角度超分辨算法,实现米波雷达低仰角的波达方向估计.算法对信号所处环境不敏感,可以有效地克服多径效应.理论分析和计算机仿真都表明新算法的优越性.     

利用改进的Toeplitz化技术实现米波雷达低仰角测高

由于多径效应的存在,米波雷达低仰角测高时除了收到目标的直达波外,还会收到与直达波相干的地(海)面反射的多径信号。该文提出了两种利用改进的Toeplitz化技术实现米波雷达低仰角测高方法。第1种改进方法不但利用阵列接收数据协方差矩阵的每一行元素构造Toeplitz矩阵,还利用了与其对应每一列元素构造Toeplitz矩阵,然后对这两个矩阵求平均得到一个新的协方差矩阵,这一过程相当于前后向空间平滑的过程,提高了参数估计的精度。第2种改进算法是在第1种算法基础之上,重新构造一个Toeplitz矩阵,使其在信噪比最大约束条件下逼近平滑后协方差矩阵的信号子空间,这样可以最小程度的减小噪声的影响,提高了算法的稳健性。理论分析和计算机仿真都表明了新算法的优越性。     

大气折射对雷达低仰角跟踪误差的影响分析

该文基于雷达测角原理和确定性电波传播模型,采用等效地球半径法考虑大气折射效应,建立仰角误差预测方法;计算不同大气折射环境下的仰角误差。研究结果证明:大气折射与多路径的综合效应中,折射环境的变化会对仰角误差造成很大影响,表明大气折射是低仰角跟踪时需要考虑的重要因素。     

米波MIMO雷达低空目标波达方向估计新方法

针对米波多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)雷达在反射面高度未知情况下对低空目标测角困难的问题,该文提出一种基于缩放字典的目标仰角估计算法。该算法不依赖反射面高度信息,在同时考虑发射多径和接收多径的情况下,通过构造包含目标参数的自适应字典,以最大化匹配滤波输出的回波数据与字典原子相关系数为估计准则,利用缩放字典逐层逼近的方法交替完成对目标参数的估计和对参数化字典的更新,最终实现了对目标仰角及高度的估计。仿真实验表明了该算法的有效性。     

新信号处理技术下低角跟踪误差分析

多路径效应是近程反导武器系统中的跟踪雷达无法避免的问题。文中概述了多路径效应的数学模型和在多路径效应下传统雷达仰角角误差仿真算法，并分析了新信号处理技术下的雷达仰角角误差提取算法并在传统的数学模型基础上建立了新的数学模型。对两种角误差提取办法在理论上进行对比后，用MATLAB举例仿真了两种角误差提取办法对跟踪雷达低角跟踪仰角误差的影响，最后对仿真结果进行了分析比较，完善了雷达低角跟踪算术模型。     

无线电测量设备的低仰角跟踪研究

在分析多径效应形成原理的基础上,论述了低仰角跟踪时多径效应对跟踪系统的影响。对基于多信息源的目标测量模型建模、数据融合与最优估计算法等解决低仰角跟踪的措施进行了研究。利用这些措施可有效改善无线电测量设备低仰角跟踪稳定性,并提高测量设备跟踪低空目标时的测量精度。     

时空欠采样宽频段信号频率和二维角估计方法

本文提出了一种时空欠采样宽频段(2~18GHz)信号频率、方位角和仰角三维参数估计方法.该方法采用均匀圆阵和阵元延时,可在时间欠采样条件下实现频率无模糊估计;在空间欠采样条件下,用整数搜索法实现方位角和仰角无模糊估计,且频率、方位角和仰角估计可自动配对.该方法不仅可用于二阶统计量阵元空间和DFT波束空间,而且还可用于四阶累积量,可在高斯白或色噪声背景下,估计非高斯信源的参数.在DFT波束空间、阵元数相同和最大孔径相当时,该方法方位角和仰角估计的方差比L阵方法的方差小1~2个数量级.仿真实验表明了算法的有效性.     

新型宽波束圆极化天线--微带介质天线

通过在微带天线中引入介质天线原理，提出了一种以简单方式展宽微带天线波束和提高低仰角增益的新方法，从而发明了一种新型宽波束天线－微带介质天线。该天线具有极宽的波束、较高的低仰角增益和波束范围内有较好的圆极化性能等特点。文中给出了天线的原理、设计公式和实验结果。