米波雷達(dá)測高算法及應(yīng)用研究.pdf

1、米波雷達(dá)由于其波長較長，在反隱身、反輻射導(dǎo)彈等方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢，近些年又受到世界各國的普遍重視，把發(fā)展米波雷達(dá)放到雷達(dá)探測系統(tǒng)的重要位置。 雷達(dá)是利用目標(biāo)對電磁波的反射現(xiàn)象來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定其位置的。當(dāng)雷達(dá)探測到目標(biāo)后，從目標(biāo)回波中能夠直接提取的是目標(biāo)回波的距離和到達(dá)的角度，所以目標(biāo)的高度是一個(gè)導(dǎo)出量而不是直接測量出來的值。米波雷達(dá)的測高問題實(shí)質(zhì)是低仰角的估計(jì)問題。 米波雷達(dá)在探測遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí)，由于波束較寬，通常波束會“

2、打地”。雷達(dá)接收信號中除了低層大氣的不均勻性引起的電波折射效應(yīng)外，還有地面、海面產(chǎn)生的鏡面反射和漫散射引起的多徑干涉效應(yīng)。多徑干涉對雷達(dá)低仰角測量精度產(chǎn)生很大的影響，它使得雷達(dá)接收到的信號是直達(dá)波信號與多徑信號的疊加信號，從而使接收信號電平出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，使得雷達(dá)的測量誤差(距離誤差、角度誤差)增大，當(dāng)閃爍嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)估走_(dá)完全喪失對目標(biāo)的跟蹤測量能力。提高米波雷達(dá)在低仰角區(qū)的測角精度是米波雷達(dá)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)和改進(jìn)的方向。

3、本人在前人工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前承擔(dān)的科研任務(wù)，對工程上常用的測高方法進(jìn)行進(jìn)一步的研究并提出改進(jìn)算法，對米波地基雷達(dá)、岸基雷達(dá)、艦載雷達(dá)測高過程中遇到的相關(guān)問題進(jìn)行研究。本文所做的工作主要有以下四點(diǎn)： 1.目標(biāo)的直達(dá)波信號和多徑信號是近于完全相關(guān)(即相干)的，因此估計(jì)目標(biāo)仰角的問題類似于分辨兩個(gè)相干源問題，空間平滑是一種有效的解相干算法。但是當(dāng)相干信源相距很近時(shí)，傳統(tǒng)的空間平滑算法性能明顯下降。文中提出一種改進(jìn)的空間平滑算法。該

4、算法首先將子陣輸出的自相關(guān)矩陣進(jìn)行互相關(guān)，然后將前后向互相關(guān)矩陣平均后的協(xié)方差矩陣作為修正后的空間平滑矩陣進(jìn)行空間譜估計(jì)。文中給出了該算法的表達(dá)式，分析了算法的性能。仿真結(jié)果證明該算法與傳統(tǒng)算法及利用子陣協(xié)方差算法相比具有更高的分辨能力和更低的信噪比門限。 2.測高要求接收天線必須保證在垂直方向有孔徑，但是如果接收天線采用垂直布陣，垂直面的波瓣分裂現(xiàn)象比較嚴(yán)重，不利于低空探測，因此實(shí)際的地基、岸基米波雷達(dá)往往采用傾斜布陣天線。已

5、有文獻(xiàn)上的算法模型都是假設(shè)垂直陣面，有必要研究傾斜布陣下的測高算法。本文在前人工作的基礎(chǔ)上，提出了適用于傾斜面陣的時(shí)空級聯(lián)最大似然二維聯(lián)合DOA估計(jì)算法，以克服傾斜面陣帶來的方位維與俯仰維的耦合影響；又對基于波瓣分裂的高度分集測高算法提出了傾斜陣列下的改進(jìn)算法，新的測高方法與目標(biāo)方位角有關(guān)，與實(shí)際情況更加接近，通過對接收信號精確建模以提高測高精度。 3.以艦載米波雷達(dá)測高為背景，通過補(bǔ)償陣列流型的相位差以克服在積累時(shí)間內(nèi)，艦船搖

6、擺對測高帶來的影響，再利用陣列超分辨算法進(jìn)行測高。根據(jù)艦船姿態(tài)角與目標(biāo)空間位置的三維立體關(guān)系，建立誤差模型的量化公式，對動(dòng)態(tài)傾斜天線測角誤差變化進(jìn)行仿真和分析，這有助于分析艦船搖擺對測高誤差的影響。 4.岸基及艦載米波雷達(dá)擔(dān)負(fù)著遠(yuǎn)程預(yù)警、跟蹤等重要任務(wù)，因此米波波段下的海面多徑模型有必要深入研究。目前還沒有針對米波波段下海面電磁反射情況的研究。本文研究了米波段下，海面多徑反射模型，海面的鏡面反射、漫反射系數(shù)隨海情級變化情況，得出