米波雷达阵列超分辨和测高方法研究
米波雷达阵列超分辨和测高方法研究
米波雷达阵列超分辨和测高方法研究
随着科技的不断进步，雷达技术在军事、航空、气象等领域得到了广泛应用。
米波雷达阵列是一种新型的雷达系统，具有高能量和高精度的特点。
本文将围绕米波雷达阵列的超分辨和测高方法展开研究。
首先，我们来了解一下米波雷达阵列的基本原理。
米波雷达是通过发射和接收微波信号来感知目标物体的位置和速度。
而阵列是由多个发射天线和接收天线组成的，通过在时间上和空间上的配合工作，可以实现对目标物体的高精度定位。
超分辨是指通过改变雷达阵列的发射和接收方式，提高雷达系统的分辨率。
测高是雷达系统通过测量微波信号的传播时间，从而计算出目标物体的高度。
在米波雷达阵列的超分辨方面，有两种常用方法：波束形成和数字波束形成。
波束形成是通过改变天线的辐射方向和接收方向来实现。
通过将多个天线的信号进行加权叠加，可以形成一个窄波束，从而提高雷达系统的分辨率。
数字波束形成则是通过对接收到的信号进行数字信号处理来实现。
这种方法可以对接收到的信号进行相位和幅度的调整，从而实现对目标物体的精确定位。
而在测高方面，米波雷达阵列通常采用脉冲压缩技术。
当雷达系统发射一个脉冲信号后，目标物体会回波一个反射信号。
通过测量反射信号的传播时间，可以计算出目标物体与雷达系统之间的距离。
而通过计算多个反射信号的传播时间，可以得到目标物体的高度信息。
除了传统的测高方法，还有一种新颖的方法被应用在米波
雷达阵列中，即干涉测高方法。
干涉测高方法基于干涉原理，利用雷达系统中两个或多个天线之间的相对位移来计算目标物体的高度。
这种方法不仅可以测量目标物体的高度，还可以获得目标物体的三维形态信息，具有更高的精度和分辨率。
在研究中，我们发现米波雷达阵列的超分辨和测高方法对于目标探测和跟踪具有重要意义。
它们能够提高雷达系统的分辨率和精度，使雷达能够更准确地探测目标的位置和运动信息。
此外，超分辨和测高方法还可以应用于雷达成像和目标识别等方面，为军事、航空和地质勘探等领域提供更好的服务。
总之，米波雷达阵列超分辨和测高方法的研究对于提高雷达系统的性能和功能具有重要意义。
通过波束形成、数字波束形成、脉冲压缩和干涉测高等方法的应用，可以实现对目标物体的高精度定位和测量，为各个领域的应用提供更可靠的数据支持。
未来，我们还可以进一步深入研究这些方法的优化和改进，以满足不同应用领域的需求
综上所述，米波雷达阵列的超分辨和测高方法是提高雷达系统性能和功能的重要手段。
通过这些方法的应用，可以实现对目标物体的高精度定位和测量，为各个领域的应用提供更可靠的数据支持。
未来，我们可以进一步优化和改进这些方法，以满足不同应用领域对雷达系统的需求。
这将为军事、航空、地质勘探等领域带来更大的发展潜力，并推动雷达技术的不断创新和进步。
米波三坐标雷达低角测高的精度提高研究
米波三坐标雷达低角测高的精度提高研究作者：杨成来源：《电子技术与软件工程》2016年第13期摘要米波三坐标雷达由于其反隐身、反辐射导弹方面具有独特优势，近年来在各国军事战备上受到了普遍重视，但在实际的操作过程中，雷达测高的精度会受到多径效应的影响从从而产生误差，加之米波三坐标雷达使用的米波波长较长而米波雷达天线主瓣波束较宽，因此米波雷达在角分辨率上的体现状况较差，尤其是在低仰角情况下，米波雷达受到的影响更为明显。
本文将从米波三坐标雷达的自身特点出发，分析在低仰角状态下米波雷达测高精度受到的影响，并针对其中存在的问题探讨提高精度的有效方法。
【关键词】米波三坐标雷达低仰角精度米波雷达受到多径效应的影响，对低空目标的仰角测量精度往往存在较大的误差，造成实际操作过程中的目标定位不准以及跟踪性能下降等情况，如何有效的提高米波雷达在低仰角情况下的测高精度是保证米波雷达在实战过程中稳定性和可靠性的前提。
1 米波三坐标雷达及其特点1.1 米波三坐标雷达概述米波雷达工作波长为1～10米，即频率为30～300兆赫之间，传统的米波雷达由于其波长相对于其他雷达较长，而分辨率较低，且探测精度较低，因此主要用于长距离探测以及预警戒防工作。
米波雷达在过去一度被认为是一种性能较差的雷达，因此在很大程度上，米波雷达在实际的军事操作中并没有的到使用，直至20世纪80年代末，俄罗斯在米波雷达研究上取得突破性进展，研制出了多种性能先进的米波三坐标雷达系统，使米波雷达再次进入世界各国研究人员的视野中，重新受到重视。
1.2 米波三坐标雷达特点米波三坐标雷达承袭了传统米波雷达的强大优势，一方面其探测和测距简单，相对较小的辐射功率下能够探测到距离较远的目标，且雷达整体采用的硬件设备都较为简单。
另一方面，米波三坐标雷达具有相当强大的反隐身目标优势，隐身飞机吸波涂层的频带较短，对米波雷达的吸收效果较差，因此米波三坐标雷达还具有明显的对抗反辐射雷达的优势。
[临近空间]米波雷达低仰角测高方法试验研究
![[临近空间]米波雷达低仰角测高方法试验研究](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/2d05c06e011ca300a6c3903b.webp)
图２ 常规波束扫描法的测角误差
（ 假定天线垂直波束宽度３ ） ． ６ °
图１ 试验系统组成框图
试验雷达架设在平地上， 天线朝向区域为较平坦 的普通地面。试验系统对民航飞机进行定向观测， 并 利用二次雷达数据与测高试验结果进行比对， 对不同 测高方法进行验证。
３ 试验系统采用的测高方法
３ ． １ 常规测高法
犈 狓 犲 狉 犻 犿 犲 狀 狋 犪 犾犛 狋 狌 犱 犳犎 犲 犻 犺 狋 － 犳 犻 狀 犱 犻 狀 犲 狋 犺 狅 犱 狊 犻 狀 狆 狔狅 犵 犵犕 犔 狅 狑犈 犾 犲 狏 犪 狋 犻 狅 狀 犻 狀犕 犲 狋 犲 狉 －狑 犪 狏 犲犚 犪 犱 犪 狉
， 犎 狌犓 狌 狀 － 犻 犪 狅 犠 狌 犑 犻 犪 狀 － 犻 犼 狇
１ 引言
采用米波频率工作的雷达， 可以有效地对付隐身 飞机。然而， 由于米波雷达波束宽， 角分辨力较差， 特 别是俯仰波束打地， 低仰角测高精度 受到地面 （ 或海 面） 多径反射的影响严重， 使米波雷达实现测高成为一 道难题。 国内外对米波雷达的测高研究一直没有停止过。 俄罗斯已经研制出多种性能先进的米波三坐标雷达系 统如 ５ 、 、 、 ５ 犌 ６（ 犖 犈 犅 犗） ５ ５ 犌 ６ 犝（ 犖 犈 犅 犗－犝） ５ ５ 犣 犺 ６－１ ５ ５ 犣 犺 ６ 犝 犈 的型号装备部队。随着空间谱估计技术的发展， 人们 尝试 采 用 阵 列 超 分 辨 方 法 实 现 米 波 雷 达 的 方 向 估
６ ５
为信号导向矩阵， 犇 为信源数。 最大似然算法要做多维搜索， 要求阵列的自由度 要大于信号源数， 假定接收信号由多个指数信号与噪 声的叠加， 并假定噪声是白高斯的， 对信号是否相干没 有要求。在雷达工程应用中， 经过一些预处理和简化， 可以实时实现该算法。
分布式阵列米波雷达角度解模糊方法分析
ABSTRACT
Abstract
VHF radar has a natural advantage in anti-stealth and anti-radiation missile, while the disadvantages such as wider beam band, higher side-lobe level, lower angular resolution are also severe. The increase of antenna aperture could enhance the angular resolution and localization precision, but the motility decreases at the same time. To solve the contradiction between high angular resolution and high motility, distributed arrays VHF radar is proposed, and high accuracy angle disambiguation methods are studied due to the high antenna side-lobes.
In this paper, the angle estimation principal of phase interferometer、long-short baseline and stagger baseline are introduced firstly, the conditions of solving ambiguous correctly are given, the factors which will enhance the angular resolution effectively are also analyzed and the above theories through computer simulations are terrified, the chosen principle of baseline lengths is concluded; Then as for the distributed arrays, dual-size ESPRIT algorithm is discussed, which constructs rotational invariance relationship via array elements and subarrays, then lower variance and fine non-ambiguous estimates are achieved by deriving a coarse but unambiguous reference estimates. A distributed array double baseline stagger algorithm is proposed, the stagger relationship through subarray partition is constructed and remainder theorem is used to deal with disambiguation; Subspace fitting algorithms are also discussed, a set of ambiguous direction cosine estimates are reckoned as candidates to complete the angle search, its complexity is smaller compared with that of traditional ones; Finally, an algorithm based on MI-MUSIC is proposed for DOA estimation of distributed arrays, it is not sensitive to the element misalignment and has a higher angular accuracy. Simulation results demonstrate high accuracy of DOA estimation of the proposed methods, and that distributed arrays exist the baseline threshold and SNR threshold.
米波阵列雷达低仰角目标测高方法研究
米波阵列雷达低仰角目标测高方法研究米波阵列雷达低仰角目标测高方法研究摘要：为了提高米波阵列雷达对低仰角目标的测高精度和可靠性，在该研究中，我们通过深入分析了雷达原理及信号处理算法，并提出了一种改进的低仰角目标测高方法，实现了对目标高度的准确测量。
该方法不仅能够应对极低仰角条件下目标高度测量的困难，而且具有较高的抗干扰性能。
1. 引言随着雷达技术的不断发展和应用领域的扩大，对雷达目标测量的需求也日益增加。
传统的雷达测高方法大多基于波形拟合或者目标间的位置变化测量，存在测高精度不高，适用范围有限等问题。
然而，在实际应用中，低仰角目标的高度测量更加困难，而且通常会受到地面反射、多径效应等干扰的影响。
因此，研究一种能够准确测量低仰角目标高度的方法成为了一项迫切的需求。
2. 雷达原理分析首先，我们对米波阵列雷达的工作原理进行了深入分析。
米波阵列雷达由多个发射天线和接收天线组成，在工作过程中，雷达通过发射射频信号，接收目标返回的回波信号。
然后，通过对接收到的回波信号进行信号处理，可以得到目标的位置信息。
然而，由于低仰角目标到达雷达的回波信号相对较弱，受到地面影响的同时，还受到多种干扰的影响，使得目标高度的测量变得十分困难。
3. 信号处理算法优化为了解决低仰角目标测高中存在的问题，我们对传统的信号处理算法进行了优化。
首先，我们适用了多普勒频率、距离和角度信息，将回波信号进行分析与提取。
然后，采用了基于最小二乘法的目标高度测量算法。
该算法通过对多个接收天线的回波信号进行组合和处理，并利用最小二乘法对目标的高度进行估计，从而实现了目标高度的准确测量。
通过对实际数据的多次验证，我们发现该算法在低仰角目标测高中具有较高的精度和可靠性。
4. 目标高度测量实验与分析为了验证优化后的低仰角目标测高方法的效果，我们进行了一系列的实验。
实验中，我们使用了米波阵列雷达，并制定了不同高度的目标进行测量。
通过对实验数据的处理与分析，我们发现，优化后的信号处理算法在不同仰角和多路径干扰条件下均能够准确测量目标的高度，并且具有较高的稳定性和可靠性。
【doc】米波雷达测高多径模型研究
米波雷达测高多径模型研究第23卷第4期2008年8月电波科学CHINESEjoURNAL0FRAD10SCIENCEV o1.23,NO.4August,2008文章编号lO05一O388(2O08)04-0651-07引米波雷达测高多径模型研究胡晓琴☆陈建文.王永良.(1.国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073;2.空军雷达学院雷达兵器运用工程军队重点实验室,湖北武汉430019)摘要针对米波雷达测高中同源多径的分辨难题,对米波雷达回波信号中直射信号和反射信号进行分析,引入乘积因子的概念,建立了考虑地球曲率时乘积因子与角度(直射角和反射角)的简单函数关系,并据此提出了考虑乘积因子的米波雷达多径阵列信号综合模型.仿真实验及实测数据处理结果均表明了此模型在米波雷达测高应用时的有效性.关键词米波雷达;测高;多径模型;乘积因子中图分类号TN957文献标志码AResearchonmeter-waveradarheight-findingmultipathmodelHUXiao-qin,CHENJian—wenWANGY ong-liang2(1.CollegeofElectronicScienceandEngineering,NationalUniv.ofDefenseTechnology,ChangshaHunan410073,China;2.KeyResearchLab,WuhanRadarInstitute,WuhanHubei430019,China) AbstractForthemultipathreflectionprobleminthemeter—?waveradarheight—?find—? ing,aconceptionofproductfactorwasintroducedbyanalyzingtherelationshipbe—tweendirectsignalandindirectsignalinthemeter-waveradarreceivedsignals,and itwasfoundthattheproductfactorwasthefunctionofanglesincludingdirectangle andindirectangle.Thefunctionwasconstructedinthecaseofaccountingforearth'Scurvature,andameter-waveradarmultipatharraycompositivemodelcon—putersimulationsandrealda—taprocessingresultsshowtheeffectivenessoftheproposedmodelunderthecondi—tionofmeter—waveradarheight—finding.Keywordsmeter-waveradar;height—finding;multipathmodel;productfactor日米波雷达工作在VHF频段,工作波长为1～1om.在现代高科技战场上,米波雷达由于其自身的优点,重新又被人们重视起来,特别是其潜在的反隐身目标,抗反辐射导弹等优势使它在现代雷达网中的地位显得越来越重要.但米波雷达在实际应用中存在一些技术难题.米波雷达由于其波长较长,波束宽,特别是在测量低角目标时,波束打地,地面反射强,目标的多径现象严重,导致米波雷达测高精度低,甚至完全失效.米波雷达在测高时,除了产生因大气不均匀而引起的折射效应外,还有地面或海面产生的镜面反射和漫反射引起的多径效应.对于米波雷达而言,仅靠增大天线的口径尺寸来降低多径*收稿日期:2007—06—11.基金项目:国家自然科学基金重点项目(60736009)☆E-mail:huxiaoqin一*****************652电波科学第23卷效应影响,从而提高测高精度的方法并不现实.可以考虑将空间谱估计的研究成果用于米波雷达,来解决测高中存在的问题.也可以将神经网络用于米波雷达测高[1卅],但其实用性还有待探讨.无论采用什么方法,必须根据实际环境,建立有效的米波雷达多径反射模型,这是研究米波雷达测高方法首先要解决的问题.文中对米波雷达镜面反射多径模型及其中几个重要参数进行了探讨,分析了米波雷达的有效反射区,并利用乘积因子同角度之间的函数关系,提出了考虑乘积因子的米波雷达多径阵列信号综合模型.利用仿真数据和实测数据对此模型进行了验证.2米波雷达镜面反射多径模型2.1米波雷达回波信号米波雷达在实际工作时,由于波束宽,雷达天线接收的信号除了直射波外,还有地面或海面的反射波.根据反射面的粗糙程度,反射信号可以分为集中的镜面反射分量和发散的漫反射分量.设表面起伏高度为Ah,若[4]△^≤一般可认为反射面是平坦的,其反射信号主要是集中的镜面反射分量,漫反射功率可以忽略.式中,为波长,为擦地角.随着△^的增大,即表面粗糙度增大,漫反射的影响越来越大.当表面非常粗糙时,漫反射占主导地位,此时要用存在多个反射点的漫反射模型来分析多径现象,镜面反射可以忽略. 这里假设地面比较平坦,只需考虑镜面反射的影响,即雷达接收回波由直射信号和镜面反射信号两部分组成,米波雷达镜面反射的简单模型如图1 所示.目标(T)叠尺图1米波雷达镜面反射的简单模型面图中B为镜面反射点,,分别为直射角和反射角,^^,R分别为雷达天线高度,目标高度及雷达与目标之间的水平距离.雷达天线接收的回波有四条路径,即直射(AT)一直射(TA),反射(ABT)一直射(TA),直射(A T)一反射(TBA),反射(ABT)一反射(TBA)四条,分别记为1,2,3,4四条路径嘲.设5.(￡)为雷达的发射信号,厂()为雷达天线的方向图,k.,k:,k.,k分别为四条路径中目标对雷达信号的反射系数,P,分别为镜面反射系数的幅度和相位,则四条传播路径的回波信号可以表示为.781(￡)一5.(￡)忌1I-f(Od)](2)2(￡)一5.(￡)忌2厂(一0)厂(Od)pe'e～(3)3(￡)一5.(￡)忌3厂()厂(一Oi)pe'e一(4)4(￡)一5.(￡)忌4[厂(一)](pee_)(5)式中,a为单程反射波相对于单程直射波因延迟而产生的相位差(后面简称为相位差),具体表示为一孥△(6)A式中,Ar—AB+BT—AT,为单程反射波与单程直射波的路程差,根据镜面反射模型中参数的几何关系可以具体表示出来,后面进行详细介绍.由于^《R,则≈2h/R一0,所以在很多情况下可认为k.一k:一k.一k.为了分析方便,一般假定天线无方向性,则直射波(1,2)和反射波(3,4)可分别表示为d(￡)=1(￡)+2(￡)一5.(￡)忌1I-f()](1+pe)(7).78f(￡)一.783(￡)+.784(￡)一5.(￡)k1I-f()](1+pei')pei'一.78d(t)pe'(8)雷达天线接收的回波信号为(￡)一d(￡)+i(￡)一d(￡)(1+pe)(9)从式(7),(8)可看出,直射波和反射波的差别就在于反射波多一乘积项pe,简称为乘积因子,下面对乘积因子的两个分量a和镜面反射系数pe逐一具体分析.2.2相位差a的确定为了使模型更加精确,除了要考虑在对流层由于折射引起的信号路径的弯曲外,还必须考虑地球本身的曲率,考虑地球曲率的镜面反射多径模型如图2所示[7].一般情况下,目标到雷达的直射距离R可根据时间延迟直接得到,为了进一步求出其他参数,先根据余弦定理求出…s第4期胡晓琴等:米波雷达测高多径模型研究653 地心图2考虑地球曲率的镜面反射多径模型标平面式中,R.为地球的有效半径,具体为R一Ro1+6.37×10)(11)R.为地球的实际半径,即R.一6371km,百dN为折射dn率.根据得到水平距离r—R,为了得到R,R:,首先要根据下面的方程确定反射点.根据Fishback的分析,当目标高度和天线都远小于地球半径时,r可用下面的方程求出啪2一一3rr{+(r上一2R.(^,+^))r+2Rr一0(12)可直接采用求根法得到r,也可以通过下面一组式子求出n—r2一n詈一~/R(^r+hr)+(r/2).(13)y一in根据r得到1一r1/n(14)(r-r)/n(15)再根据三角形的余弦定理求得R1一JR;+(R+hr).一2R(R+hr)cos~1(16)R2—4R:+(R.+^).一2R.(R+^)cos~2(17)进而得到直射角和反射角分别为一sin(一袅)一sin-(缶+袅)㈣则擦地角为=sin-(hr一象)(2o)直射距离和反射距离的差值△r为啪Ar一(21)R1+R2+Rd…再根据式(6)就可得到a的具体表达式.从上面的分析过程可看出,当一个模型给定时,相位差实质上是擦地角的函数.2.3反射系数的确定镜面反射系数主要由Fresnel反射系数(分垂直极化和水平极化F),衡量地球曲率对Fresnel反射系数影响的扩散因子D和地面的粗糙度N-7:lD三部分组成引,即po一lDe一F()Dp,其中D和|D只影响镜面反射系数的幅度,相位只由Fresnel反射系数决定.垂直极化及水平极化的Fresnel反射系数分别为r-O一_一(22)●J_______________●._'._________________一一, csin~g+~/e一(cos).rn.:二三(23)^———————————一…,sin+~/e一(cos)式中,s为地面的介电常数,可以查表得到.当实际环境确定时,Fresnel反射系数主要由擦地角决定. 由于地球可近似看作圆球形,当电磁波入射到地面时,反射能量会受到地球曲率的影响而发散,雷达功率密度降低.这个影响可以用散度因子D来描述, 最常用的近似表达式为啪D≈1+2rlr2)一(24)对于大多数地基雷达,一般认为D一1.如果反射面有一定的粗糙度,但仍属于"相对平坦地面",即△^满足__<Ah≤这时地面的粗糙度因子对镜.面反射系数也有影响.光滑镜面反射时的全相干部分现在分为两部分:漫反射分量和幅度减少的相干部分,相干部分的幅度可以通过系数来描述]:e～(26)654电波科学第23卷f2(27c叩).叩≤0.1rad":==【0.165~z+7.42r/+0.0468其他(27)式中,刁一/2,为表面是正态分布的表面高度变化的均方根.这时,漫反射分量影响不大,可以当作噪声来处理.从式(22),(23),(24),(27)可看出,Fresnel反射系数,扩散因子D,地面的粗糙度因子都和擦地角有关,由于其他参数可以根据实际环境得到,所以镜面反射系数实质上就是擦地角的函数.3米波雷达有效反射区域当天线辐射的电磁波投射到地面时,地面上的各点都会激励起电流而向空间再辐射电磁波,因此, 地面反射波实际上是由地面上各点的反射波合成的.地面上的各点在产生地面反射波中所起的作用不同,其中起主要作用的各点构成的区域,称为雷达阵地的有效反射面.了解有效反射面的位置和大小,对于雷达阵地的选择具有重要意义.如图3所示,B点为地面反射中心点,记经地面其他反射点与B点相比反射波的波程差引起的相位差为A9.根据A9取值区间的不同,得到的有效反射面的区域也不一样,经典的第一菲涅尔区得到的有效反射区是在l△l<兀的前提下求得.为了保证各反射点的场强总是彼此加强,这里规定区域一(fA9f<u/2)为雷达阵地对目标T而言的有效反射面[g].相位差每差兀/2就划分一个反射区,这样就得到如图3所示的区域二,区域三等.通过图3中各参数的几何关系,可求得地面的有效反射区域(区域一)为～罗一(1.1～14.9)hA(28)图3反射面的分区表1区域一中的几个重要参数假定天线高度为8m,波长为2m(频率为150 MHz),则区域一的几个重要参数及对应的擦地角, 瑞利起伏高度如表1所示.从表1可看出,在米波波段,电磁波对地物起伏的敏感度不高.对于通常较为平坦的雷达阵地(一般小于lm),能满足瑞利准则,所以一般情况下只需要考虑镜面反射,漫反射的影响可以忽略.4米波雷达多径阵列综合模型考虑N个远场的窄带信号入射到一由M个阵元组成的阵列天线,阵元间距为d,一般规定d≤2/2.直射角和反射角分别为,.,…,,0Oi.,…,0,直射信号复包络为Sl(￡),S2(￡),…SN(￡),以第一个阵元为参考阵元,则第个阵元上第k次快拍为N(五:(五(Pi2~(r1)dsir,0ahnoah+z(志)一>:s(志)(e.+ ipeie'一.i)+(志)(29)式中,(志)为第个阵元上的噪声,这里假定为零均值的高斯白噪声.通过上面对米波雷达回波多径模型的分析可知,相位差a及反射系数p均是擦地角的函数,而擦地角又可以用角度(直射角和反射角)表示出来,所以,乘积因子可以表示成角度的函数,记G(Od,Oi)一pee-.将上式写成矢量形式为X(志)一AS(志)+N(志)(30)x(志)一[zl(志),z2(志),…,zM(志)]N(志)一[l(志),2(志),…,M(志)]在不同信噪比情况下,A和S(志)的具体表达式不同.当信噪比达到一定值,直射信号和反射信号可完全分开,这时A=Al=Ea(Od1),a(1),…,a(),a()](31)口()一[1,ei2A,…,ei2~('幽A]T一1,2,…N(32)a(O)=[1,ei2~dsir~/.n,…,e2川A]T=1,2,…N(33)第4期胡晓琴等:米波雷达测高多径模型研究655 Js(忌)一S1(忌)一I51(忌),G(Oa1,0n)51(忌),…,N(忌),G(OaN,)5N(忌)I'(34)为便于比较,上面的经典阵列模型称为模型一.当信噪比较低时,采用此模型很难将空间间隔很小的直射信号和反射信号分开,得到的结果一般是直射信号与反射信号的合成.为此,这里考虑将导向矢量也表示成两者的和,乘积因子加入到导向矢量中,此模型称为模型二.这时,A—A2一Ea(0a1,0i1),a(Oa2,02),…,a(,)-J(35)广i2~d(M-1)sir~口(,0)一I1+G(,0),…,e——产+i2~d(^f一1)sirl1TG(,0m)e——T—l,J7z=1,2,…,N(36)Js(忌)一S2(忌)一[5.(忌),…,5N(忌)](37)模型二中导向矢量为直射分量与反射分量的合成,考虑了反射系数和相位差的影响,即乘积因子的影响.虽然两种表示方法在产生仿真数据时得到的结果一样,但两模型中导向矢量包含的意义不同. 当信噪比较低时,由于采用的导向矢量不同,用空间谱估计方法得到的结果也不一样.随着信噪比的增大,两信号能完全分开时,两者的区别减小.模型二利用了乘积因子同角度(直射角和反射角)的函数关系,在用空间谱估计方法对角度进行搜索时,也同时完成了对乘积因子的搜索,所以并未增加计算量. 当然,在用模型二时,G(0a,0)的确定很关键,这也是它在实际应用中需解决的问题.当一个回波模型给定时,由于相位差一般只与角度有关,所以它对结果的影响不大.但反射系数和地形地貌,极化方式, 信号频率等多种因素有关,如果采用的值与实际环境不符,会影响估计性能.所以,要根据实际环境,经过大量实验对反射系数或乘积因子不断修正.若G(,0)的误差不大,当信噪比较低时,模型二既能将直射信号与反射信号分开,也能得到较好的估计性能,所以这种情况下应采用模型二.若信噪比达到一定值,能将两信号分开时,由于模型一不需要考虑乘积因子精度的影响,这时应采用模型一.为此,将式(30)表示成下面的综合模型x(忌)一jA1Sl+Ne≥(38)IA2S2(忌)+N(k)e<e0e为信噪比,e.为直射信号与反射信号可完全分开时的信噪比门限.这样,根据信噪比的大小,可以合理选择模型.5计算机仿真实验仿真实验中所采用的数据如下:阵元数为8,第一个阵元离地高度为8m,信号频率为150MHz,波长2m,阵元间距为1m,目标高度为9000m,直射距离为150km.由于距离较远,所以要采用考虑地球曲率的镜面多径反射模型,地球等效半径为4/3 的实际地球半径,快拍数为200,所有实验结果都是100次独立实验的平均值,仿真中最后处理采用经典的修正MUSIC算法.根据图2得到直射角和反射角分别为2.93.和一2.94..考察两种模型的估计性能随信噪比变化的情况,SNR从一5dB到15dB变化,图4(a),(b)分别给出了成功概率,估计方差同信噪比的关系.为了结果的准确性(高度只需要利用直射角),仿真结果用角度来描述.图4表明在此仿真条件下,信噪比大于一3dB一瓣肇镀一糊坦(a)成功概率与信噪比的关系(b)估计方差与信噪比的关系图4656电波科学第23卷时,模型二可以将直射信号与反射信号分开,而模型一在大于1dB时才有效,且模型二的估计方差小于模型一,即具有更好的稳定性.随着信噪比的增大,当信噪比大于3dB时两者的性能相差不大.所以, 式(38)中￡.可取3dB.6实测数据分析利用某米波雷达体制试验站实测数据,采用某实验平台,天线为垂直放置的8个阵元的等距线阵, 半波长间距,第一个阵元离地8m,要测量的目标高度为9500m(由航管雷达给出).目标较远,采用考虑地球曲率的镜面多径反射模型.由于天线扫描第1圈未发现目标,下面利用2～6圈这五圈所接收数据来测量目标高度.采用模型一时,修正MUSIC方法失效(测量高度都为一500m左右,受篇幅所限,未给出测量图).表2及图5具体给出了采用模型二时各圈的测量结果.表2及图5的结果表明,采用本文所提出的综合模型,能测量出米波雷达的目标高度,其最大误差不超过650m,均方根误差大约为399m.所以,文中提出的模型二对于该米波雷达测高环境是有效的.表2目标高度测量值及其偏差圈数23456(a)第2圈(b)第3圈(c)第4圈(d)第5圈(e)第6圈图5第4期胡晓琴等:米波雷达测高多径模型研究657 7结论通过对米波雷达回波信号中直射信号与反射信号表达式的分析,引入了由镜面反射系数和相位差决定的乘积因子.通过对乘积因子中两个组成分量的分析,发现乘积因子是角度(直射角和反射角)的函数.同时,对米波雷达的有效反射区域进行了探讨,说明一般情况下只需考虑镜面多径反射的影响.为了能在低信噪比情况下,分开空间间隔很小的直射信号和反射信号,利用乘积因子与角度的关系,提出将导向矢量表示成直射分量与反射分量的和,并将该模型和经典的阵列信号模型结合起来,形成综合模型,可根据信噪比的大小合理选择模型.计算机仿真实验和实测数据的处理结果均表明,综合模型用于米波雷达测高时有较好的估计性能,计算量未显着增加.特别是在低信噪比情况下也适用.文中的米波雷达测高多径模型只考虑了镜面反射的影响,但在大地面起伏,高海情等情况下必须考虑漫反射的影响,对模型进一步修正.参考文献[1]胡晓琴,陈建文,陈辉.神经网络用于米波雷达测高[J].空军雷达学院,2004,18(3):16—19.[2]陈建文,王布宏,胡晓琴.径向基函数神经网络在米波雷达测高中的应用[J].第九届全国雷达学术年会论文集,2004,307—309.[3]何劲,陈建文,刘中.基于实数遗传算法的米波雷达方位超分辨研究[J3.电波科学,2004,19(3): 307—310.HeJ,ChenJW,LiuZ.Azimuthsuper-reso1utionap—proachformeterwaveradarbasedonreal-valuedge—neticalgorithm[J].ChineseJournalofRadioScience,2004,19(3):307—310.[4]尹以新等.雷达系统[M].武汉:空军雷达学院, 2002.[5]MerrillI.Skolnik.雷达手册RadarHandbook(Second Edition)[M].电子工业出版社,2003.[6]BartonWF,BartonDKtranslate,[Russia]R.V.Os—trovityanov,F.A.Basalov.Statisticaltheoryofextend—edradartargets[M].ArtechHouse,1985.[7]BassemRMahafza,Huntsville,Alabama.Radarsys—ternsanalysisanddesignusingMATLAB[M]. CHAPMAN&HALL/CRC,2000.[83TLo,eofahighlydeterministicmuhipath signalmodelinlow-angletracking[J].IEEEPRO—CEEDINGF,1991,138(2):163—171.[9]张尉.米波雷达阵地地面有效反射区的探讨[J].现代雷达,2003,25(4):1—3.[1O]KatarinaBoman,PetreStoica.Lowangleestimation: models,methods,andbounds[J].DigitalSignalPro—cessing,2001,11(1):35—79.胡晓琴(1979一),女,湖北人,现为国防科技大学电子科学与工程专业博士生,主要研究方向:阵列信号处理,米波雷达测高.陈建文(1964一),男,湖北人,教授,博士生导师,IEEE会员,CIE高级会员.主要研究领域:机载预警雷达信号处理,阵列信号处理,目标识别等.E-mail:******************.com.王永良(1965一),男,浙江人,教授,博士生导师,获"中国优秀博士后"奖,入选"新世纪百千万人才工程"国家级人选.主要研究领域:雷达技术,阵列信号处理,自适应信号处理等.E—mail:****************。
阵列天线超分辨方法研究及数值仿真的开题报告
阵列天线超分辨方法研究及数值仿真的开题报告一、研究背景和意义天线技术是目前通信领域的重要技术之一，随着通信技术的发展，天线的使用范围也越来越广泛。
阵列天线是一种应用广泛的天线结构，其具有高增益、高方向性、宽带等特点，被广泛应用于雷达、卫星通信、移动通信等领域。
然而，阵列天线在超高频和毫米波等高频段往往面临着重大的制约，例如常规阵列天线的方向图模糊、空间分辨率低等问题。
因此，如何提高阵列天线的空间分辨率和方向图的清晰度，是当前热点研究领域之一。
在此背景下，研究阵列天线的超分辨方法，对于提高阵列天线的性能具有重要的意义。
二、研究内容和目标本课题的研究内容主要为阵列天线的超分辨方法研究及数值仿真，旨在通过数值仿真研究阵列天线超分辨方法的优化和改进，实现对阵列天线方向图模糊、空间分辨率较低等问题的解决，达到提高阵列天线性能的目的。
具体研究内容包括：1. 阵列天线超分辨方法研究：主要针对常规阵列天线方向图模糊、微弱信号低效、空间分辨率低等问题，探究其超分辨方法的数学模型和实现方法。
2. 数值仿真：通过使用MATLAB等软件进行数值仿真，进行超分辨方法的模拟，分析其在不同情况下的性能表现。
3. 结果分析与评估：对模拟结果进行分析，对超分辨方法的性能进行评估，并针对性地提出改进方案。
三、预期成果1. 阵列天线超分辨方法：建立阵列天线超分辨方法的数学模型和实现方法，实现阵列天线的高精度方向图和高分辨率成像效果。
2. 数值仿真结果：利用数值仿真软件对阵列天线超分辨方法进行模拟，得出其性能表现，并通过仿真数据完善改进方案。
3. 研究报告：撰写系统的研究报告，介绍研究方法、结果、实验数据分析、总结等内容。
四、研究方法本研究采用数值计算仿真研究方法，包括理论研究与数值仿真两个部分：1. 理论研究：通过对阵列天线超分辨方法的相关文献的查阅和分析，总结已有研究成果，明确研究方向和重点，建立阵列天线超分辨方法的数学模型和实现方法。
阵列米波雷达测高方法及性能分析
ＭＬ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ； ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｒ ｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ｄ Ｍａ ｘ ｉ ｍ ｕ ｍ Ｌ ｉ ｋ ｅ ｌ ｉ ｈ ｏ ｏ ｄ（ Ｒ ＭＬ ） ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ．
Ｚ ＨＡＯ Ｙｏ ｎ ｇ ｂ ｏ ＨＵＯ Ｊ ｉ ｏ ｎ ｇ ＺＨＵ Ｙｕ ｔ ａ ｎ ｇ ＬＩ Ｕ Ｈｏ ｎ ｇ ｗｅ ｉ ＨＥ Ｘｕ ｅ ｈ ｕ ｉ
（ Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｒ ａ ｄ ａ ｒ Ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｉ ｄ ｉ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ７ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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（ Ｒ ＭＬ ） 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。 关键 词：阵列雷达；米波雷达；最大似然估计 ；多径信号 ；测 高
基于实测地形的米波雷达测高方法
雷达科学与技术Radar Science and Technology第1期2021年2月Vol. 19 No. 1February 2021DOI ： 10. 3969/j. issn. 1672-2337. 2021. 01. 012基于实测地形的米波雷达测高方法谢腾飞"，杨雪亚"，朱 伟昭(1.中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽合肥230088；2.孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室，安徽合肥230088)摘要：基于二次雷达高度信息对地形参数进行优化的合成导向矢量算法对米波雷达测高具有较高 的精度，但在没有二次雷达信息的情况下，测高精度较低。
鉴于此，本文提出了一种基于实测地形的测高方法，首先对目标方位的地形起伏进行遍历，通过球面模型计算得到对应的反射点距离，将其与真实反射点距 离差值最小的位置作为真实的反射点位置，然后将其距离和地形高度用于合成导向矢量算法测高，文中并给出了减小运算时间的优化算法流程，实测数据验证了该方法的有效性。
关键词：实测地形；多径信号；测高；合成导向矢量中图分类号:TN957. 51；TN958文献标志码:A 文章编号:1672-2337(2021)01-0074-05VHF Radar Height Measurement Method Based on Measured TerrainXIE Tengfei 1-2, YANG Xueya 1'2, ZHU Wei"(1. The 38场 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation , Hefei 230088, China ?2. Key Laboratory of Aperture Array and Space Application , Hefei 230088, China )Abstract ： The synthetic steering vector algorithm, which optimizes the terrain parameters based on the se condary radar height information, has high accuracy for the VHF radar height measurement. However, the measurement accuracy will be low without the secondary radar information. In view of this problem, an altimetry method based on the measured terrain is proposed. In this method, the terrain at the target azimuth is traversed, the corresponding reflection point distance is calculated through the spherical model, and the position with the smallest distance difference from the real reflection point is taken as the real reflection point position. Then the distance and terrain height are used in. the synthetic steering vector algorithm for height measurement. The opti mized algorithm flow to reduce the calculation time is also given. The measured data verifies the effectiveness of the proposed method.Key words ： measured terrain ； multipath signal ； height finding ； synthetic steering vector algorithm0引言米波雷达因受波长、天线尺寸和架高等因素限制，天线波束宽度宽、角分辨率低，低仰角目标 由于多径反射口切和波瓣分裂效应,常规和差波束测角曲完全失效。
米波双基地雷达超高声速目标检测方法研究
ｎ ａｔ ｉ ｏ ｎｓ ａ ｒ ｅ ｇｉ ｖ ｅ ｎ ｆ ｒ ｏｍ ｔ ｉ ｍｅ ｄｏ ｍａ ｉ ｎ ａ ｎｄ ｆ ｒ ｅ ｑｕｅ ｎｃ ｙ ｄｏｍａｉ ｎ ｒ ｅ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｓ ｔ ｕｄ ｙ，ｋｅ ｙ ｓ ｔ ｏｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｎｓ —
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米波雷达最大似然超分辨测高技术研究
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第 ４期 ２１ ０ １年 ８月
雷 达 科 学 与 技 术
Ｒ ａｄａｒ Ｓ ｃｉ ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔ ｅｃｈｎｏ Ｉ ｙ ｏｇ
Ｖｏ１９ Ｎｏ ． ．４
Ａ ｕ ｓ ０１ ｇｕ ｔ２ １