米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法与流程

技术特征：

1.一种米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法，包括如下步骤：

(1)确定仰角测量的左、右波束指向：

(1a)在有多径反射时，米波雷达发射脉冲中任意选定两个相互交叠的波束；

(1b)将左边的波束作为仰角测量的左波束，右边的波束作为仰角测量的右波束，将仰角测量的左波束的指向作为仰角测量的左波束指向，仰角测量的右波束的指向作为仰角测量的右波束指向；

(2)确定仰角测量的中心指向：

将仰角测量的左波束与右波束交叠位置的指向作为仰角测量的中心指向；

(3)确定凹口区间：

按照下式，确定仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间：

$D=\[-\frac{{\mathrm{\θ}}_L+{\mathrm{\θ}}_R}{2}-\mathrm{\Δ},-\frac{{\mathrm{\θ}}_L+{\mathrm{\θ}}_R}{2}+\mathrm{\Δ}\]$

其中，D表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间，θ_L表示仰角测量的左波束指向,θ_R表示仰角测量的右波束指向，Δ表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间大小的二分之一；

(4)计算特征值对应的特征矢量：

(4a)按照导向矢量公式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量；

(4b)按照自相关矩阵公式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵；

(4c)按照特征矢量公式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的特征值及该特征值对应的特征矢量；

(5)构成信号子空间：

将仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的所有特征值从大到小排序，选取排序后的特征值中的前m个特征值所对应的特征矢量，m的取值取决于雷达的工作环境，将所选取特征矢量组成信号子空间；

(6)确定加权值：

按照下式，计算仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值：

w₁＝[I-G*(G^H*G)^-1*G^H]*w₃

w₂＝[I-G*(G^H*G)^-1*G^H]*w₄

其中,w₁、w₂分别表示仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值，I表示单位矩阵，G表示信号子空间,*表示矩阵相乘操作，H表示共轭转置操作，(·)^-1表示矩阵求逆操作，w₃、w₄分别表示采用传统比幅单脉冲测角方法确定的仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值；

(7)建立鉴角曲线：

(7a)在有多径反射时，米波雷达发射脉冲中任意选定两个相互交叠的波束，将该交叠位置的指向作为仰角测量的中心指向，取一段以仰角测量的中心指向为中心的区间作为鉴角曲线上仰角测量区间；

(7b)按照导向矢量公式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量；

(7c)按照加权求和公式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的左、右加权求和值；

(7d)按照下式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的比值：

$f_k=\frac{p_{k1}}{p_{k2}}$

其中，f_k表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的比值，p_k1、p_k2分别表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的左、右加权求和值；

(7e)连接鉴角曲线上仰角测量区间内上所有的导向矢量的比值，得到鉴角曲线；

(8)确定接收信号内目标的仰角值：

(8a)按照加权求和公式，计算在有多径反射时，米波雷达接收信号的左、右加权求和值；

(8b)按照下式，计算接收信号内目标的比值：

$g=\frac{q_1}{q_2}$

其中，g表示接收信号内目标的比值，q₁、q₂分别表示在有多径反射时，米波雷达接收信号的左、右加权求和值；

(8c)按照下式，计算鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的任意一个导向矢量的比值与接收信号内目标的比值的差值：

c_k＝|f_k-g|

其中，c_k表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的比值与接收信号内目标的比值的差值，|·|表示取绝对值操作，f_k表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的比值，g表示接收信号内目标的比值；

(8d)取鉴角曲线上仰角测量区间上所有的导向矢量的比值与接收信号内目标的比值的差值中最小的差值，将该差值对应的导向矢量的仰角值作为在有多径反射时，米波雷达接收信号内目标的仰角值。

2.根据权利要求1所述的米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法，其特征在于：步骤(4a)、步骤(7b)中所述的导向矢量公式如下：

$a\left({\mathrm{\θ}}_i\right)={\[e^{j2\mathrm{\π}d(-(N-1)/2)sin\left({\mathrm{\θ}}_i\right)/\mathrm{\λ}},\mathrm{......},e^{j2\mathrm{\π}d\left(\right(N-1)/2)sin\left({\mathrm{\θ}}_i\right)/\mathrm{\λ}}\]}^T$

其中，a(θ_i)表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量中的第i个导向矢量，θ_i表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量中的第i个导向矢量的仰角值，e表示指数符号，j表示虚数，π表示圆周率，d表示在有多径反射时，米波雷达天线的阵元间距，N表示在有多径反射时，米波雷达天线的阵元总数，sin表示正弦操作，λ表示在有多径反射时，米波雷达天线的发射信号的波长,T表示转置操作。

3.根据权利要求1所述的米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法，其特征在于：步骤(4b)中所述的自相关矩阵公式如下：

R＝a*a^H

其中，R表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵，a表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量，*表示矩阵相乘操作，H表示共轭转置操作。

4.根据权利要求1所述的米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法，其特征在于：步骤(4c)中所述的特征矢量公式如下：

R*V_i＝λ_iV_i

其中,R表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵，*表示矩阵相乘操作，V_i表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的第i个特征值对应的特征矢量，λ_i表示仰角测量的左、右波束指向方向图的凹口区间上的导向矢量的自相关矩阵的第i个特征值。

5.根据权利要求1所述的米波雷达有多径反射时对高仰角目标的仰角测量方法，其特征在于：步骤(7c)、步骤(8a)中所述的加权求和公式如下：

p_k1＝|w₁^H*b(θ_k)|

p_k2＝|w₂^H*b(θ_k)|

其中，p_k1、p_k2分别表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的左、右加权求和值，|·|表示取绝对值操作，w₁、w₂分别表示仰角测量的左、右波束指向方向图的加权值，H表示共轭转置操作，*表示矩阵相乘操作，b(θ_k)表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量，θ_k表示鉴角曲线上仰角测量区间上的导向矢量中的第k个导向矢量的仰角值。