一种RIS辅助两坐标雷达进行三维定位的方法

本发明涉及一种ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，属于雷达。

背景技术：

1、两坐标雷达是产生的最早的雷达体制，能够提供空中目标的距离和方位信息。经过多年的发展，两坐标雷达技术已趋于成熟。由于其设备量少、造价低廉、简单可靠的特点，仍然被大量使用在战场监视中。然而两坐标雷达的天线俯仰面通常只有一个通道，难以采用常规的和差波束测高方法得到目标高度。当目标距雷达较远时，目标高度估计不准会导致其在水平面上产生平移，进而降低探测与跟踪精度，影响情报质量。而现代战争对目标的探测精度有着较高的要求，如何对两坐标雷达进行目标高度估计是亟待解决的难题之一。

2、目前目标三维坐标的测量有两种方式：(1)两坐标雷达与测高雷达配合使用；(2)由三坐标雷达直接测量目标的三维信息。这两种方式各有其优缺点。对第一种方式，由于两坐标雷达发展较早技术成熟，用两坐标雷达进行目标方位和距离测量，由测高雷达进行专门的高度补测，具有精度高，工作简单，技术容易实现，且成本低的优点，因此是目前空防体制中广泛采用的方式。但这种方式需要为两坐标雷达专门配属测高雷达，测量过程复杂，情报数据的处理环节也因此增加，实时性较差，也不利于雷达阵地的机动。对第二种方式，三坐标雷达直接测量目标三维信息，精度较高，实时性较好，但由于三坐标雷达生产、训练和维护成本高、技术复杂，目前使用不多。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，相比于专门配属测高雷达，ris低功耗低成本，不仅能通过无人机携带进行随时移动，还能通过移相改变电磁波传播方向，再由雷达采用多波束接收不同俯仰角下的目标回波信号，不需要融合信息的数据传输，更易实现高精度相位对齐。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、本发明提供了一种ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，包括：

4、通过ris与两坐标雷达结合，构建出目标回波信号的直接接收通道和辅助接收通道；

5、根据ris辅助两坐标雷达构建目标的量测信息误差方程f(x,y,z)；

6、根据目标的量测信息误差方程f(x,y,z)估算出目标位置(x,y,z)的值。

7、进一步的，所述通过ris与两坐标雷达结合，构建出目标回波信号的直接接收通道和辅助接收通道，包括：

8、将ris挂载在无人机上，设定无人机飞行时，使其始终处于雷达的发射波束内，由目标直接到雷达的回波通道为直接接收通道，由目标到ris，再由ris反射到雷达的回波通道为辅助接收通道。

9、进一步的，所述ris在同一探测波束内设置有单个或多个，ris的分布位置，使直接接收通道和各辅助接收通道对目标的观测角度均不同。

10、进一步的，所述目标的量测信息误差方程f(x,y,z)的公式如下：

11、

12、式中：(x,y,z)为探测的目标z＝(x,y,z)的三维空间坐标，(xri,yri,zri),i＝1,…,n为第i个ris的三维空间坐标，(xr,yr,zr)为两坐标雷达的三维空间坐标；

13、r和θ分别为直接接收通道中雷达测得目标的距离和方位角，表示为；

14、

15、θ＝arctan((y-yr)/(x-xr))+ω2；

16、d_sumi为第i个间接接收通道中测得的从雷达到目标再到第i个ris的距离和，表示为：

17、

18、其中：ω1服从正态分布σr为雷达测距误差；ω2服从正态分布σθ为雷达测角误差。

19、进一步的，所述根据目标的量测信息误差方程f(x,y,z)估算出目标位置(x,y,z)的值，包括：

20、计算出目标的量测信息误差方程f(x,y,z)的hessian矩阵；

21、证明量测信息误差方程f(x,y,z)是凸函数；

22、采用凸优化的方法估算出目标位置(x,y,z)的值。

23、进一步的，所述目标的量测信息误差方程f(x,y,z)的hessian矩阵为：

24、

25、其中：

26、

27、

28、

29、

30、

31、

32、

33、其中，α3＝2x-2xr，α4＝2y-2yr，α5＝2z-2zr，α6＝2x-2xri，α7＝2y-2yri，α8＝2z-2zri。

34、进一步的，所述证明量测信息误差方程f(x,y,z)是凸函数，包括：

35、利用matlab中symbolic math toolbox计算hessian矩阵，证明对于任意的(x,y,z)和非零向量v＝[a,b,c]，vt*h*v≥0，即证明：hessian矩阵是半正定的，f(x,y,z)是凸函数。

36、进一步的，所述采用凸优化的方法估算出目标位置(x,y,z)的值包括：

37、采用凸优化的方法求得目标的量测信息误差方程f(x,y,z)的最小值，得到估算的目标位置(x,y,z)的值为：

38、其中，ω表示ris辅助单站雷达探测目标的三维空间。

39、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

40、本发明所述方法在同一探测波束内引入单个或多个ris，结合两坐标雷达站俯仰维宽波束的特点，构建俯仰维虚拟多站接收通道，探索两坐标雷达多视角空间分集增益，利用其冗余信息进行目标三维定位。相比于专门配属测高雷达，ris低功耗低成本，不仅能通过无人机携带进行随时移动，还能通过移相改变电磁波传播方向，再由雷达采用多波束接收不同俯仰角下的目标回波信号，不需要融合信息的数据传输，更易实现高精度相位对齐。

技术特征：

1.一种ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，其特征是，包括：

2.根据权利要求1所述的ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，其特征是，所述通过ris与两坐标雷达结合，构建出目标回波信号的直接接收通道和辅助接收通道，包括：

3.根据权利要求2所述的ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，其特征是，所述ris在同一探测波束内设置有单个或多个，ris的分布位置，使直接接收通道和各辅助接收通道对目标的观测角度均不同。

4.根据权利要求1所述的ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，其特征是，所述目标的量测信息误差方程f(x,y,z)的公式如下：

5.根据权利要求4所述的ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，其特征是，所述根据目标的量测信息误差方程f(x,y,z)估算出目标位置(x,y,z)的值，包括：

6.根据权利要求5所述的ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，其特征是，所述目标的量测信息误差方程f(x,y,z)的hessian矩阵为：

7.根据权利要求6所述的ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，其特征是，所述证明量测信息误差方程f(x,y,z)是凸函数，包括：

8.根据权利要求5所述的ris辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，其特征是，所述采用凸优化的方法估算出目标位置(x,y,z)的值包括：

技术总结
本发明公开了一种RIS辅助两坐标雷达进行三维定位的方法，包括：通过RIS与两坐标雷达结合，构建出目标回波信号的直接接收通道和辅助接收通道；根据RIS辅助两坐标雷达构建目标的量测信息误差方程；根据目标的量测信息误差方程估算出目标位置的值。本发明在同一探测波束内引入单个或多个RIS，结合两坐标雷达站俯仰维宽波束的特点，构建俯仰维虚拟多站接收通道，探索两坐标雷达多视角空间分集增益，利用其冗余信息进行目标三维定位。RIS低功耗低成本，能通过无人机携带进行随时移动，还能通过移相改变电磁波传播方向，不需要融合信息的数据传输，更易实现高精度相位对齐。

技术研发人员：赵珊珊,谢飚,安吉瑞,刘子威
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25