一種基于位置指紋的高空目標(biāo)飛行高度和雷達(dá)截面積估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高空監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于位置指紋的高空目標(biāo)飛行高度 和雷達(dá)截面積估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高頻地波雷達(dá)能夠探測(cè)超過(guò)地平線以外的海上目標(biāo)和飛行目標(biāo)，但是在高度上不 能形成較窄的縱向波束，因而難以在高度上分別不同目標(biāo)。但是高頻地波雷達(dá)發(fā)射的垂直 極化電磁波傳播衰減在高度方向上隨著高度的變化而變化。這種特性為海上飛行目標(biāo)的高 度估計(jì)提供了可能。
[0003] 由高頻地波雷達(dá)方程可知，目標(biāo)強(qiáng)度在dB形式下可以表示為：
[0004] Pr (dB) = -2 ζ b (R，h) + Ψ +C
[0005] 其中，匕是目標(biāo)信號(hào)回波強(qiáng)度；ζ b(R，h)為距離R、高度h處的垂直極化電波傳播 衰減；Ψ是目標(biāo)相對(duì)于觀測(cè)站的RCS ;C是與雷達(dá)系統(tǒng)工作參數(shù)相關(guān)的常數(shù)。
[0006] 高頻地波雷達(dá)方程中的信號(hào)回波強(qiáng)度是電波傳播衰減和目標(biāo)RCS的函數(shù)，而傳播 衰減ζ b也是目標(biāo)距離和飛行高度h的函數(shù)。在雷達(dá)工作頻率為11. 4MHz，發(fā)射站高10m， 目標(biāo)與雷達(dá)相距40~140km時(shí)，可以得到在低空區(qū)域不同高度上的傳播衰減曲線如圖1所 不。
[0007] 由圖1可見(jiàn)，在不同距離和高度上，高頻電波傳播衰減呈現(xiàn)明顯的不同。因此，垂 直極化電波在高度上的變化特性為飛行目標(biāo)高度估計(jì)提供了可能。
[0008] 目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有提出可以工程應(yīng)用的高頻地波雷達(dá)高度估計(jì)技術(shù)。在經(jīng)典的高 頻地波雷達(dá)飛行目標(biāo)高度估計(jì)模型中，目標(biāo)狀態(tài)向量包含目標(biāo)高度和RCS及其它們的變化 率，即k時(shí)刻目標(biāo)狀態(tài)向量Xk表示為
[0010] 其中，M5P ψ ,分別表示k時(shí)刻目標(biāo)的高度信息和RCS信息；4和1分別是目標(biāo) 在高度和RCS上的變化率信息。
[0011] 目標(biāo)狀態(tài)方程定義為
[0012] Xk= FX k !+vk
[0013] 其中，F(xiàn)為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，v# k時(shí)刻的白高斯過(guò)程噪聲。
[0014] 以目標(biāo)信號(hào)回波強(qiáng)度作為觀測(cè)量，觀測(cè)方程表示為
[0015] Pr (dB) = h (X)+Wk
[0016] 其中，h( ·)為非線性觀測(cè)函數(shù)，Wk為白高斯觀測(cè)噪聲。
[0017] 因而，目前常用的高度估計(jì)模型為
[0018] CN 105116393 A 說(shuō)明書(shū) 2/6 頁(yè)
[0019] 高頻地波雷達(dá)飛行目標(biāo)高度估計(jì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
[0020] 主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
[0021] (1)難以在微波暗室內(nèi)進(jìn)行測(cè)試
[0022] 室內(nèi)靜態(tài)模型縮放測(cè)試雖然有效的減少了外部環(huán)境因素的干擾，但是飛行目標(biāo)模 型的縮放造成模型的RCS與目標(biāo)真實(shí)RCS之間誤差較大。
[0023] (2)難以在外場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試
[0024] 在外場(chǎng)環(huán)境下測(cè)試不僅測(cè)試難度很大、花費(fèi)高昂，而且存在外部環(huán)境干擾的因素， 在高頻波段上進(jìn)行目標(biāo)測(cè)試不理想。
[0025] (3)現(xiàn)有估計(jì)方法效果差
[0026] 現(xiàn)有高度估計(jì)技術(shù)都是利用單站雷達(dá)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行高度和RCS估計(jì)，觀測(cè)信息 較少，在高度上是盲的，無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)目標(biāo)高度和RCS。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種基于位置指紋的估算高空 目標(biāo)飛行高度和雷達(dá)截面積的方法，以解決外場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)試干擾因素導(dǎo)致RCS估計(jì)不準(zhǔn)確的 問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)RCS信息的準(zhǔn)確估計(jì)；解決傳統(tǒng)高度估計(jì)方法效果差的問(wèn)題。
[0028] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了一種估算高空目標(biāo)飛行高度和雷達(dá)截面積的方法， 包括：
[0029] 以高頻地波雷達(dá)觀測(cè)站為原點(diǎn)，建立三維直角坐標(biāo)系，并設(shè)高空目標(biāo)的位置P為 (x, y, z)；
[0030] 獲取T/R站接收到的目標(biāo)觀測(cè)距離Rt和方位信息Θ t;獲取R站接收到的目標(biāo)觀 測(cè)距離之和P以及方位信息θκ，其中，p =RJL艮是R站的目標(biāo)觀測(cè)距離；
[0031] 獲取T/R站信號(hào)回波強(qiáng)度P&,dB(k)以及R站的回波強(qiáng)度P", dB(k);
[0032] 根據(jù)目標(biāo)在X、y、z軸和目標(biāo)RCS軸上的空間網(wǎng)格劃分，并計(jì)算得到目標(biāo)對(duì)應(yīng)參考 點(diǎn)上的數(shù)據(jù)庫(kù)為：
[0033] R f二(?= U.…，Λ/"/?，表示觀測(cè)區(qū)域內(nèi)共有Num個(gè)參考定位點(diǎn)。
[0034] 進(jìn)一步的，
[0035] 所述目標(biāo)觀測(cè)距離艮和P、方位信息θ Θ t，在所述三維直角坐標(biāo)系中表示 為：
CN 105116393 A ^ ΗΠ T> 3/6 貞
[0040] 其中，（xt, yt, zt)和（χ" y。Z1O分別是T/R站和R站的坐標(biāo)位置。
[0041] 進(jìn)一步的，
[0042] 所述回波強(qiáng)度P&idB(k)和P"，dB(k)可表示為：
[0043] Ptr，dB (k) = -2 ζ b (Rt (k)，z (k)) + Ψ t (k) +C ;
[0044] Prr,dB (k) = = - ζ b (Rt (k), z (k)) - ζ b ( P (k) -Rt (k), z (k)) +ΨΓ (k) +C;
[0045] 其中，P1^bGO是目標(biāo)信號(hào)回波強(qiáng)度，Gb(X)表示高頻地波傳播衰減，it t(k)為K時(shí) 刻目標(biāo)相對(duì)于T/R站的RCS，WJk)為目標(biāo)相對(duì)于R站的RCS ;C是一個(gè)與雷達(dá)工作參數(shù)相 關(guān)的參量，當(dāng)雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)確定時(shí)，C為常數(shù)。
[0046] 進(jìn)一步的，根據(jù)兩個(gè)站的所述目標(biāo)觀測(cè)距離、方位信息以及回波強(qiáng)度，可以得到測(cè) 試數(shù)據(jù)為
[0047] S = (s1，s2, s3,…，sm)
[0048] 這里m表示觀測(cè)站測(cè)試目標(biāo)信息的維度，這里m = 3。S1J2^3分表表示目標(biāo)的斜 距、方位和信號(hào)回波強(qiáng)度測(cè)試值。
[0049] 進(jìn)一步的，利用參考數(shù)據(jù)R1和測(cè)試數(shù)據(jù)S計(jì)算歐式距離：
[0051] 從所有D1中找出最小的K個(gè)點(diǎn)，利用K均值法計(jì)算出目標(biāo)高度和RCS信息。
[0053] 本發(fā)明能夠達(dá)到以下有益效果：
[0054] 本發(fā)明充分利用雙基地高頻地波雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)位置和信號(hào)回波強(qiáng)度信息，有 效地消除了目標(biāo)觀測(cè)噪聲和外部干擾對(duì)目標(biāo)高度和RCS估計(jì)精度的影響提高了目標(biāo)高度 和RCS的估計(jì)精度；采用位置指紋定位算法實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)高度和RCS信息的準(zhǔn)確估計(jì)，降低了 計(jì)算量，便于工程實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0055] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0056] 圖1是低空域地波傳播衰減圖；
[0057] 圖2是本發(fā)明一種估算高空目標(biāo)飛行高度和雷達(dá)截面積的方法的流程示意圖；
[0058] 圖3是本發(fā)明T/R-R雙基地高頻地波雷達(dá)與目標(biāo)之間的位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0060] 本發(fā)明主要解決了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
[0061] (1).實(shí)現(xiàn)RCS信息的準(zhǔn)確估計(jì)的問(wèn)題
[0062] 本發(fā)明利用信號(hào)回波強(qiáng)度信息構(gòu)建RCS估計(jì)模型，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的估計(jì)出目標(biāo) RCS信息，解決室內(nèi)暗室測(cè)試難于建立準(zhǔn)確飛機(jī)模型而導(dǎo)致的RCS測(cè)試誤差很大的問(wèn)題。
[0063] (2).解決外場(chǎng)環(huán)境下測(cè)試時(shí)無(wú)法減少有源