基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)測(cè)角和測(cè)高精度低的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)步驟為：1.架設(shè)米波測(cè)高雷達(dá)和廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)ADS?B設(shè)備；2.采集雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS?B數(shù)據(jù)和雷達(dá)終端數(shù)據(jù)；3.由ADS?B數(shù)據(jù)得到目標(biāo)仰角并計(jì)算地形搜索區(qū)域；4.根據(jù)3的結(jié)果計(jì)算仰角估計(jì)值并求測(cè)角絕對(duì)誤差；5.由最小測(cè)角絕對(duì)誤差得到地形參數(shù)值，并對(duì)其做平滑處理，再作數(shù)據(jù)擬合建立地形參數(shù)表；6.根據(jù)地形參數(shù)表計(jì)算出目標(biāo)仰角和高度。本發(fā)明既能補(bǔ)償因地形起伏引起的測(cè)高誤差，又能補(bǔ)償測(cè)高近似模型帶來(lái)的誤差，提高了測(cè)角和測(cè)高精度，可用于對(duì)空域目標(biāo)進(jìn)行三坐標(biāo)定位與跟蹤。
【專利說(shuō)明】
基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種米波雷達(dá)的測(cè)高方法，可用于 對(duì)空域目標(biāo)進(jìn)行立坐標(biāo)精確定位與跟蹤。
【背景技術(shù)】
[0002] 工程上的米波雷達(dá)測(cè)高，實(shí)際上是要解決在一個(gè)雷達(dá)波束內(nèi)，兩個(gè)相干回波的角 度分辨問(wèn)題。在實(shí)際的米波雷達(dá)測(cè)高工程應(yīng)用中，DOA超分辨算法被廣泛應(yīng)用，適用于米波 雷達(dá)測(cè)高的DOA估計(jì)方法主要分為基于特征子空間的DOA估計(jì)方法和合成導(dǎo)向矢量最大似 然算法SVML。其中：
[0003] 特征子空間類(lèi)方法，是利用特征子空間與雷達(dá)陣列流型之間的正交性，計(jì)算出信 號(hào)空間譜，進(jìn)而得到角度的估計(jì)值，然而在米波雷達(dá)測(cè)高中應(yīng)用子空間類(lèi)算法時(shí)，需要對(duì)信 號(hào)進(jìn)行空間平滑處理，空間平滑后雖然信號(hào)不再相干，但是降低了陣列自由度，減小了陣列 孔徑，使得陣列的角度分辨力降低，在實(shí)際的米波雷達(dá)低仰角測(cè)高工程應(yīng)用中，特征子空間 類(lèi)算法的測(cè)高性能較差。
[0004] 合成導(dǎo)向矢量最大似然算法SVML，是將陣列的導(dǎo)向矢量重寫(xiě)為直達(dá)波的導(dǎo)向矢量 與多徑反射波的導(dǎo)向矢量之和的形式，即為合成導(dǎo)向矢量。使用直達(dá)波波達(dá)方向角表示多 徑反射波波達(dá)方向角，再將合成導(dǎo)向矢量帶入最大似然估計(jì)器，進(jìn)行一維角度捜索得到角 度的估計(jì)值。該算法中多徑反射波波達(dá)方向角的大小與多徑反射點(diǎn)相對(duì)于雷達(dá)架設(shè)點(diǎn)的水 平高度有關(guān)，即與陣地平坦度有關(guān)。實(shí)際陣地是起伏的，尤其是復(fù)雜陣地條件下，反射點(diǎn)高 度變化劇烈，需要測(cè)量或計(jì)算雷達(dá)基站所在陣地的目標(biāo)反射點(diǎn)高度值。因此合成導(dǎo)向矢量 超分辨算法在取得極好的測(cè)高性能的同時(shí)，對(duì)雷達(dá)周?chē)嚨氐牡匦蔚孛草^為敏感，在復(fù)雜 陣地條件下測(cè)高性能并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于廣播式自動(dòng)相互監(jiān)視 信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法，W提高在復(fù)雜陣地條件下對(duì)空域目標(biāo)的測(cè)高性能。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -.技術(shù)原理
[000引由于合成導(dǎo)向矢量最大似然算法具有對(duì)陣地較為敏感的缺點(diǎn)，與雷達(dá)周?chē)嚨叵?匹配的地形參數(shù)表是該算法能夠在復(fù)雜陣地正確應(yīng)用的前提。在地形參數(shù)表的構(gòu)建過(guò)程 中，需要得到相關(guān)空域目標(biāo)真實(shí)的狀態(tài)信息作為依據(jù)，如目標(biāo)的距離，方位，高度等，與雷達(dá) 數(shù)據(jù)結(jié)合對(duì)所在陣地地形進(jìn)行修正獲得陣地地形的地形參數(shù)表，在本發(fā)明中采用廣播式自 動(dòng)相互監(jiān)視ADS-B技術(shù)獲取空域目標(biāo)的真實(shí)狀態(tài)信息。
[0009]廣播式自動(dòng)相互監(jiān)視ADS-B，是一種基于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈通信的航空 器運(yùn)行監(jiān)視技術(shù)。ADS-B通過(guò)數(shù)據(jù)鏈W廣播形式提供空域飛行器極其準(zhǔn)確的位置、速度W及 其它信息，如空域飛行器的標(biāo)識(shí)、呼號(hào)、經(jīng)度、締度、高度、速度信息，運(yùn)些信息可由同樣加裝 ADS-B設(shè)備的飛機(jī)和地面站接收、顯示和存儲(chǔ)。ADS-B技術(shù)在沒(méi)有雷達(dá)覆蓋或雷達(dá)覆蓋有限 的偏遠(yuǎn)地區(qū)或山區(qū)同樣適用，在不增加雷達(dá)監(jiān)視設(shè)備的情況下，就能W低成本增強(qiáng)雷達(dá)系 統(tǒng)對(duì)目標(biāo)空域的監(jiān)控能力，在較大的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)空域目標(biāo)的實(shí)時(shí)飛行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視?，F(xiàn) 在大部分最現(xiàn)代化的客機(jī)或貨機(jī)上已經(jīng)裝配了 ADS-B設(shè)備，其產(chǎn)生的空域飛行器的航行狀 態(tài)信息能夠被雷達(dá)盒子設(shè)備接收、檢測(cè)和存儲(chǔ)。將數(shù)據(jù)接收天線和雷達(dá)盒子接收機(jī)連接，然 后將雷達(dá)盒子信號(hào)接收機(jī)與電腦之間WUSB數(shù)據(jù)線連接，接著在電腦上安裝設(shè)備自帶的軟 件AirtfevRadarBox 2009,即可在W圖形化的顯示方式查看空域目標(biāo)的ADS-B信息，并在電 腦磁盤(pán)里自動(dòng)存儲(chǔ)接收到的ADS-B信息文件。
[0010] 本發(fā)明采用基于ADS-B信息進(jìn)行地形修正獲得地形參數(shù)表。在工程實(shí)現(xiàn)中，基于雷 達(dá)角分辨率、算法的實(shí)時(shí)性要求，需要建立為方位量化單元的地形參數(shù)表，即將360°方 位劃分為72個(gè)方位量化單元，在俯仰維上Wo. 05°為一個(gè)俯仰維量化單元，將俯仰角0~7° 劃分為140個(gè)俯仰量化單元，形成一個(gè)72 X 140的表格。
[0011] 二.根據(jù)上述原理本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0012] 1)架設(shè)米波測(cè)高雷達(dá)，安裝廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)ADS-B接收天線，并將該接收天 線的輸出端連接到電腦設(shè)備；
[001引2)采集米波雷達(dá)的測(cè)高、終端和廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)405-8運(yùn)；種數(shù)據(jù)，并對(duì)其 進(jìn)行交互關(guān)聯(lián)，根據(jù)運(yùn)=種數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到本次采集測(cè)高數(shù)據(jù)中各航跡的方位 Di、距離Ri、時(shí)間Ti和高度出，i表示第i個(gè)航跡，i = 1，…，N，N表示本次采集數(shù)據(jù)中的航跡數(shù)；
[0014] 3)從N條航跡中選取一條航跡，根據(jù)運(yùn)條航跡的距離Ri和高度出依據(jù)地球曲面模型 計(jì)算出真實(shí)仰角(61，并從(61中選出任意一個(gè)仰角d)，計(jì)算出該仰角所對(duì)應(yīng)的地形捜索周期 He;
[0015] 4)設(shè)定一個(gè)地面落差的捜索區(qū)域化，將區(qū)域化W捜索步進(jìn)Ah劃分為M個(gè)元素，不 同的仰角對(duì)應(yīng)不同的地形捜索區(qū)域，仰角越低，其所對(duì)應(yīng)的地形捜索區(qū)域越大；
[0016] 5)對(duì)于捜索區(qū)域化中的第m個(gè)元素 hrm，用最大似然估計(jì)方法計(jì)算其仰角估計(jì)值 12345678
6)根據(jù)仰角估計(jì)值4和仰角d)計(jì)算當(dāng)前地形估計(jì)值hrm下的測(cè)角絕對(duì)誤差為
由化中的每一個(gè)地形估計(jì)值虹"得到測(cè)角誤差向量： 2
[001 引 e(t) = [ei(t)...em(t)...eM(t)]; 3 其中， 4 7)根據(jù)測(cè)角誤差向量e(t)，計(jì)算仰角d)的地形參數(shù)值 5 8)對(duì)真實(shí)仰角Oi中全部仰角進(jìn)行步驟3)到步驟7)的處理，得到該航跡全部地形 參數(shù)值虹（Oi); 6 9)將此次采集數(shù)據(jù)中N條航跡進(jìn)行步驟3)到步驟8)的處理，得到全部航跡對(duì)應(yīng)的 地形參數(shù)值； 7 10)對(duì)地形參數(shù)值做平滑處理，再對(duì)平滑后的地形參數(shù)值依據(jù)方位和仰角信息進(jìn) 行數(shù)據(jù)擬合，建立地形參數(shù)表化。Pt; 8 11)將建立的地形參數(shù)表化Wt用于合成導(dǎo)向矢量最大似然算法SVML，計(jì)算得到目 標(biāo)仰角的估計(jì)值4,再由目標(biāo)仰角的估計(jì)值依據(jù)地球曲面模型計(jì)算目標(biāo)的高度ht。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[00%] 1.測(cè)量精度高。
[0027] 現(xiàn)有的米波雷達(dá)獲得地形參數(shù)表的普遍方法是人工測(cè)量，但是人工測(cè)量具有工程 實(shí)現(xiàn)難度大、無(wú)法對(duì)測(cè)高模型的近似處理作誤差補(bǔ)償?shù)热秉c(diǎn)。
[0028] 本發(fā)明采用基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形參數(shù)修正方法，既能對(duì)地形起伏引 起的測(cè)高誤差作較好的補(bǔ)償，又能對(duì)測(cè)高模型的近似處理作較好的補(bǔ)償，工程實(shí)現(xiàn)難度小， 簡(jiǎn)單有效，可行性較好，并且充分考慮了地球曲率對(duì)米波雷達(dá)測(cè)高的影響，相比現(xiàn)有的技 術(shù)，能捜索出更準(zhǔn)確的地形參數(shù)值，獲得更高精度的測(cè)高結(jié)果。
[0029] 2.本發(fā)明利用合成導(dǎo)向矢量多徑因子的周期性，精確地確定地形捜索區(qū)域，不僅 極大地降低了算法的運(yùn)算復(fù)雜度，而且能捜索出準(zhǔn)確的地形參數(shù)值，獲得與雷達(dá)周?chē)嚨?相匹配的地形參數(shù)表。
[0030] 3.本發(fā)明在得到航線的地形參數(shù)值后，加入了對(duì)地形參數(shù)的平滑W及擬合處理的 過(guò)程，使捜索角度所對(duì)應(yīng)的地形參數(shù)變化平緩，盡可能地不破壞最大似然譜特性。
[0031] 4.本發(fā)明的地形修正方法，只需通過(guò)一次地形修正得到地形參數(shù)表，就可W適用 于W后的米波雷達(dá)測(cè)高，在測(cè)高過(guò)程中只需載入已經(jīng)得到的地形參數(shù)表即可，具有很好的 移植性。
[0032] 5.本發(fā)明使用的廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)ADS-B信息易于獲取、處理簡(jiǎn)單、適用范圍 廣且設(shè)備成本較小。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0034] 圖2是本發(fā)明的應(yīng)用場(chǎng)景圖；
[0035] 圖3是本發(fā)明中的地球曲面模型圖；
[0036] 圖4是本發(fā)明測(cè)試使用的民航航班741航跡圖；
[0037] 圖5是用本發(fā)明對(duì)圖4中的點(diǎn)跡測(cè)角結(jié)果圖；
[0038] 圖6是用本發(fā)明對(duì)圖4中的點(diǎn)跡測(cè)高結(jié)果圖；
[0039] 圖7是本發(fā)明測(cè)試使用的民航航班723的航跡圖；
[0040] 圖8是用本發(fā)明對(duì)圖7中的點(diǎn)跡測(cè)角結(jié)果圖；
[0041] 圖9是用本發(fā)明對(duì)圖7中的點(diǎn)跡測(cè)高結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容和效果。
[0043] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明包括如下步驟：
[0044] 步驟1、參照?qǐng)D2,架設(shè)米波測(cè)高雷達(dá)，然后安裝廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)ADS-B接收 天線，并將接收天線的輸出端連接到電腦設(shè)備。
[0045] 步驟2、獲取航跡數(shù)據(jù)。
[0046] 2.1)采集米波雷達(dá)數(shù)據(jù)：
[0047] 從米波雷達(dá)測(cè)高板采集米波雷達(dá)的測(cè)高數(shù)據(jù)；
[0048] 從電腦終端采集終端數(shù)據(jù)；
[0049] 從廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)ADS-B中采集二次雷達(dá)數(shù)據(jù)；
[0050] 2.2)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)獲取航跡數(shù)據(jù)：
[0051] 對(duì)運(yùn)采集的=種數(shù)據(jù)進(jìn)行交互關(guān)聯(lián)，根據(jù)運(yùn)=種數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到本次 采集測(cè)高數(shù)據(jù)中各航跡的方位Di、距離Ri、時(shí)間Tl和高度出，其中i表示第i個(gè)航跡，i = l，…， N，N表示本次采集數(shù)據(jù)中的航跡數(shù)。
[0052] 步驟3、計(jì)算地形捜索周期化。
[0053] 從N條航跡中選取一條航跡，根據(jù)運(yùn)條航跡的距離Ri和高度出依據(jù)地球曲面模型計(jì) 算出真實(shí)仰角，并從中選出任意一個(gè)仰角4，計(jì)算出該仰角所對(duì)應(yīng)的地形捜索周期： 化=V2sind)，其中，A為雷達(dá)波長(zhǎng)。
[0054] 步驟4、設(shè)定一個(gè)地面落差的捜索區(qū)域化，將該區(qū)域化W捜索步進(jìn)Ah劃分為M個(gè)元 素。
[0055] 4.1)根據(jù)地形捜索周期化確定捜索區(qū)域化的上、下邊界：
[0化6]上邊界:hru = Hc/2;
[0化7]下邊界:hri = -Hc/2;
[005引4.2)根據(jù)上述上、下邊界設(shè)定捜索區(qū)域化：
[0059] Hs = [hri,... ,hri+k A h,... ,hri+(M-l) A h];
[0060] 其中，hri+(M-l) Ah = hru-Ah，k = 0，...，M-l。
[0061] 步驟5、對(duì)于捜索區(qū)域化中的第m個(gè)元素 hrm，用最大似然估計(jì)方法計(jì)算其仰角估計(jì) 值4。
[0062] 5.1)計(jì)算直達(dá)波導(dǎo)向矢量ad( &，hrm)和反射波導(dǎo)向矢量as( &，虹m):
[0063]
[0064]
[0065] 其中，&為真實(shí)仰角值，A為雷達(dá)波長(zhǎng)，d是陣元間距，n是陣元個(gè)數(shù)，hao為最低天線 距離地面的高度。
[0066] 5.2)根據(jù)直達(dá)波導(dǎo)向矢量曰(1(<1)，11打1)和反射波導(dǎo)向矢量曰3(<1)，11打1)，計(jì)算合成導(dǎo) 向矢量as?( 4 ,虹m):
[0067] as?( 4 ,hrm)=ad( 4 ,hrm)+Pexp(-j23T AR/\)as( 4 ,hrm),
[0068] 其中，P為地面反射系數(shù)，d)為真實(shí)仰角值，A為雷達(dá)波長(zhǎng)，AR為波程差；
[0069] 5.3)根據(jù)合成導(dǎo)向矢量asum( &，虹m)計(jì)算其正交投影算子C....(奔:
[0070]
[0071] 其中，（?）H表示對(duì)（?）求共輛轉(zhuǎn)置，（?尸表示對(duì)（?）求逆；
[0072] 5.4)根據(jù)正交投影算子巧胃（表Ac)，通過(guò)下式計(jì)算仰角估計(jì)值
[0073]
[0074] 其中，hm為地形估計(jì)值，O為給定的仰角捜索范圍，4為目標(biāo)回波信號(hào)的自相關(guān)矩 陣。
[00巧]步驟6、根據(jù)仰角估計(jì)值4和仰角d)，計(jì)算當(dāng)前地形值hrm下的測(cè)角絕對(duì)誤差為
，由化中的每一個(gè)地形值虹"得到測(cè)角誤差向量：
[0076] e(t) = [ei(t)---em(t)---eM(t)],
[0077] 其中，m=l，...，M。
[0078] 步驟7、根據(jù)測(cè)角誤差向量e(t)，計(jì)算仰角d)的地形參數(shù)值：
[0079]
[0080] 步驟8、對(duì)真實(shí)仰角Oi中全部仰角均進(jìn)行步驟3到步驟7處理，得到該航跡全部地 形參數(shù)值虹（Oi)。
[0081] 步驟9、將此次采集數(shù)據(jù)中的N條航跡均進(jìn)行步驟3到步驟8處理，得到所有航跡的 地形參數(shù)。
[0082] 步驟10、建立地形參數(shù)表。
[0083] 對(duì)步驟9得到的地形參數(shù)值做平滑處理，再對(duì)平滑后的地形參數(shù)值依據(jù)方位和仰 角信息進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到方位量化單元為5°，俯仰維量化單元為0.05°的地形參數(shù)表 化。Pt。
[0084] 步驟11、根據(jù)建立的地形參數(shù)表化°Pt，利用合成導(dǎo)向矢量最大似然算法SVML計(jì)算 目標(biāo)仰角的估計(jì)值4。
[0085] 11.1)計(jì)算直達(dá)波導(dǎo)向矢量ad(4，化Wt)和反射波導(dǎo)向矢量as(4，化Wt):
[0086] ad( 4，HrWt) = [l，e_j2"d sin4>A,...,e-j2n(n-l)d sin4>/A]T，
[0087]
[008引其中，d)為真實(shí)仰角值，A為雷達(dá)波長(zhǎng)，d是陣元間距，n是陣元個(gè)數(shù)，hao為最低天線 距離地面的高度。
[0089] 11.2)根據(jù)直達(dá)波導(dǎo)向矢量日<1((1)，化°。*)和反射波導(dǎo)向矢量日3((1)，化°。*)，計(jì)算合成 導(dǎo)向矢量as?(d)，Hr°Pt):
[0090] asum( 4，Hr°Pt) =ad( 4，Hr°Pt)+Pe邱（-j化 A RA)as( 4，Hr°Pt)，
[0091] 其中，P為地面反射系數(shù)，d)為真實(shí)仰角值，A為雷達(dá)波長(zhǎng)，AR為波程差；
[0092] 11.3)根據(jù)合成導(dǎo)向矢量as?(4，化Wt)計(jì)算其正交投影算子批///?'""）；
[0093]
[0094] 其中，（?）H表示對(duì)（?）求共輛轉(zhuǎn)置，（.r嗦示對(duì)（?）求逆；
[00巧]11.4)根據(jù)正交投影算子/;,...... )，通過(guò)下式計(jì)算目標(biāo)仰角的估計(jì)值4:
[0096]
[0097] 其中，O為給定的仰角捜索范圍，R為目標(biāo)回波的自相關(guān)矩陣。
[0098] 步驟12、根據(jù)步驟11中目標(biāo)仰角的估計(jì)值4計(jì)算目標(biāo)高度。
[0099] 現(xiàn)有的計(jì)算目標(biāo)高度的方法主要兩種有：
[0100] 一是將化面看成理抵平面橫巧，計(jì)算公式化下：
[0101]
[0102] 其中，Rd為目標(biāo)與雷達(dá)距離，ro為地球半徑。
[0103] 二是將地面看成地球曲面模型，如圖3所示，計(jì)算公式如下：
[0104]
[0105] 其中，Rd為目標(biāo)與雷達(dá)距離，hr為雷達(dá)中屯、高度，re = 4r〇/3為等效地球半徑。
[0106] 本發(fā)明依據(jù)地球曲面模型計(jì)算目標(biāo)的高度，可獲得更高精度的測(cè)角結(jié)果。
[0107] 本發(fā)明的效果可W通過(guò)W下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明：
[0108] 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理1
[0109] 測(cè)試目的：測(cè)試本發(fā)明的測(cè)角和測(cè)高性能。
[0110] 測(cè)試條件:雷達(dá)架設(shè)在某一地形起伏的陣地，周?chē)袠?shù)木、農(nóng)田、民房等地面反射 物。
[0111] 測(cè)試內(nèi)容：利用本發(fā)明的地形修正方法建立該陣地的地形參數(shù)表，如表1所示，選 取某次采集數(shù)據(jù)中的一條航線，如圖4所示，用本發(fā)明對(duì)圖4中的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)角，結(jié)果圖5所 示;用本發(fā)明對(duì)圖5中的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)高，結(jié)果如圖6所示。
[0112] 由圖5和圖6可W看出，本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的合成導(dǎo)向矢量最大似然算法，能較明 顯地提局測(cè)角和測(cè)局性能。
[0113] 表1實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理1地形參數(shù)表(單位:米）
[01141
[011引實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理2
[0116] 測(cè)試目的：測(cè)試由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理1得到的地形參數(shù)值的移植性。
[0117] 測(cè)試條件:雷達(dá)架設(shè)在與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理1相同的雷達(dá)陣地。
[0118] 測(cè)試內(nèi)容:選取本次采集數(shù)據(jù)中的另一條航線，如圖7所示，載入表1，用本發(fā)明對(duì) 圖7中的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)角，結(jié)果如圖8所示；用本發(fā)明對(duì)圖8中的點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)高，結(jié)果如圖9所 /J、- O
[0119] 從圖8和圖9可W看出，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理1中得到的地形參數(shù)表，能較明顯地提高 測(cè)角和測(cè)高性能，可見(jiàn)本發(fā)明得到的地形參數(shù)表具有很好的移植性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法，包括： 1) 架設(shè)米波測(cè)高雷達(dá)，安裝廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)ADS-B接收天線，并將該接收天線的 輸出端連接到電腦設(shè)備； 2) 采集米波雷達(dá)的測(cè)高、終端和廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)ADS-B這三種數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行 交互關(guān)聯(lián)，根據(jù)這三種數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到本次采集測(cè)高數(shù)據(jù)中各航跡的方位Di、距 離Ri、時(shí)間Ti和高度Hi，i表示第i個(gè)航跡，i = 1，…，N，N表示本次采集數(shù)據(jù)中的航跡數(shù)； 3) 從N條航跡中選取一條航跡，根據(jù)這條航跡的距離心和高度出依據(jù)地球曲面模型計(jì)算 出真實(shí)仰角Φ?，并從Φ?中選出任意一個(gè)仰角Φ，計(jì)算出該仰角所對(duì)應(yīng)的地形搜索周期He; 4) 設(shè)定一個(gè)地面落差的搜索區(qū)域Hs，將區(qū)域Hs以搜索步進(jìn)Ah劃分為Μ個(gè)元素，不同的 仰角對(duì)應(yīng)不同的地形搜索區(qū)域，仰角越低，其所對(duì)應(yīng)的地形搜索區(qū)域越大； 5) 對(duì)于搜索區(qū)域Hs中的第m個(gè)元素 hrm，用最大似然估計(jì)方法計(jì)算其仰角估計(jì)值& fm = 1，…，M; 6) 根據(jù)仰角估計(jì)值^和仰角Φ計(jì)算當(dāng)前地形估計(jì)值hrm下的測(cè)角絕對(duì)誤差為 4的=I-#，由Hs中的每一個(gè)地形估計(jì)值hr m得到測(cè)角誤差向量： e(t) = [ei(t)…em(t)…eM(t)]， 其中，m=l，…，Μ; 7) 根據(jù)測(cè)角誤差向量e(t)，計(jì)算仰角Φ的地形參數(shù)值：= ai；g_ ^ : 8) 對(duì)真實(shí)仰角Φ:中全部仰角進(jìn)行步驟3)到步驟7)的處理，得到該航跡全部地形參數(shù)值 hr( Φι)； 9) 將此次采集數(shù)據(jù)中Ν條航跡進(jìn)行步驟3)到步驟8)的處理，得到全部航跡對(duì)應(yīng)的地形 參數(shù)值； 10) 對(duì)地形參數(shù)值做平滑處理，再對(duì)平滑后的地形參數(shù)值依據(jù)方位和仰角信息進(jìn)行數(shù) 據(jù)擬合，建立地形參數(shù)表Hr°pt; 11) 將建立的地形參數(shù)表Hr°pt用于合成導(dǎo)向矢量最大似然算法SVML，計(jì)算得到目標(biāo)仰 角的估計(jì)值&，再由目標(biāo)仰角的估計(jì)值&依據(jù)地球曲面模型計(jì)算目標(biāo)的高度ht。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法， 其中步驟3)中根據(jù)各航跡的距離心和高度出依據(jù)地球曲面模型計(jì)算出真實(shí)仰角，通過(guò)下 式計(jì)算： Φi = arccos((re+he+HaO)2+Ri2-(r e+Hi)2/2 · (re+he+HaO) · Ri)-Jr/2, 其中h為等效地球半徑，為雷達(dá)海拔高度，HaO為陣元中心相對(duì)于地面的高度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法， 其中步驟3)中地形搜索周期He，通過(guò)下式計(jì)算： Hc = A/2sin Φ， 其中λ為雷達(dá)波長(zhǎng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法， 其中步驟4)中設(shè)定一個(gè)地面落差的搜索區(qū)域Hs，按如下步驟進(jìn)行： 4a.通過(guò)下式確定搜索區(qū)域Hs的上邊界hru和下邊界hri: hru = Hc/2， hri = _Hc/2， 其中，He為地形搜索周期。 4b.根據(jù)上邊界hru和下邊界hrl，通過(guò)下式設(shè)定搜索區(qū)域Hs: Hs=[hri hri+Ah hri+2 Δ h ???hru-Ah], 其中Ah為搜索步進(jìn)值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法， 其中步驟5)中用最大似然估計(jì)方法計(jì)算其仰角估計(jì)值&，按如下步驟進(jìn)行： 5a)計(jì)算直達(dá)波導(dǎo)向矢量ad( Φ，hrm)和反射波導(dǎo)向矢量as( Φ，hrm): ad( Φ，hrm) = [ 1，e-j2ltdsinVA，…，e-j2lI(n-1)dsinVA] T，其中，Φ為真實(shí)仰角值，λ為雷達(dá)波長(zhǎng)，d是陣元間距，n是陣元個(gè)數(shù)，haQ為最低天線距離 地面的高度。 5b)根據(jù)直達(dá)波導(dǎo)向矢量ad( Φ，hrm)和反射波導(dǎo)向矢量as( Φ，hrm)，計(jì)算合成導(dǎo)向矢量 aSUm( Φ ,hrm)： aSUm( Φ ,hrm) =aa( Φ ,hrm)+Pexp(-j23T Δ R/A)as( Φ ,hrm), 其中，P為地面反射系數(shù)，Φ為真實(shí)仰角值，λ為雷達(dá)波長(zhǎng)，AR為波程差； 5c)根據(jù)合成導(dǎo)向矢量asum( Φ，hrm)計(jì)算其正交投影算子U么:其中，（·）H表示對(duì)（·）求共輒轉(zhuǎn)置，（·）-1表示對(duì)（·）求逆； 5(1)根據(jù)正交投影算子々_|>，/〃;,,；).通過(guò)下式計(jì)算仰角估計(jì)值1:其中，hm為地形估計(jì)值，Φ為給定的仰角搜索范圍，&為目標(biāo)回波信號(hào)的自相關(guān)矩陣。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法， 其中步驟11)中目標(biāo)仰角的估計(jì)值I，按如下步驟進(jìn)行： 6a)計(jì)算直達(dá)波導(dǎo)向矢量ad( Φ，Hr°pt)和反射波導(dǎo)向矢量as( Φ，Hr°pt): ad( Φ，Hropt) = [ 1，e-j2ltdsin4)/A，…，e-j2lI(n-1)dsin4)/A] T，其中，Φ為真實(shí)仰角值，λ為雷達(dá)波長(zhǎng)，d是陣元間距，n是陣元個(gè)數(shù)，haQ為最低天線距離 地面的高度。 6b)根據(jù)直達(dá)波導(dǎo)向矢量ad( Φ，Hr°pt)和反射波導(dǎo)向矢量as( Φ，Hr°pt)，計(jì)算合成導(dǎo)向矢 量aSUm( Φ ,Ηι·-): asum((i)，Hropt)=ad((i)，Hropt)+Pexp(-j23iAR/A) as((})，Hropt)， 其中，P為地面反射系數(shù)，Φ為真實(shí)仰角值，λ為雷達(dá)波長(zhǎng)，AR為波程差； 6c)根據(jù)合成導(dǎo)向矢量asum( Φ，Hr°pt)計(jì)算其正交投影算子L (表//，；)： / .， 其中，（·）H表示對(duì)（·）求共輒轉(zhuǎn)置，（· Γ1表示對(duì)（·）求逆； 6d)根據(jù)正交投影算子通過(guò)下式計(jì)算目標(biāo)仰角的估計(jì)值'： r 一.，. 其中，φ為給定的仰角搜索范圍，為目標(biāo)回波的自相關(guān)矩陣。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播自動(dòng)相互監(jiān)視信號(hào)的地形修正米波雷達(dá)測(cè)高方法， 其中步驟11)中由目標(biāo)仰角的估計(jì)值I計(jì)算目標(biāo)的高度ht，按如下公式計(jì)算：其中Rd為目標(biāo)與雷達(dá)距離，hr為雷達(dá)中心高度，為等效地球半徑。
【文檔編號(hào)】G01S13/88GK105954746SQ201610284489
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】陳伯孝, 莫鴻華, 李存勖, 楊明磊
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)