[发明专利]复杂地形条件下米波MIMO雷达测高方法

说明书

本发明公开了复杂地形条件下米波MIMO雷达测高方法，针对米波MIMO雷达系统在实际复杂阵地环境下的测高问题，提出了一种考虑多个反射点、地面起伏、地面反射介质等因素的信号模型，针对该信号模型，使用广义MUSIC或者最大似然估计算法对目标仰角进行计算。本发明中建立的信号模型更加贴近实际地形，更加精细，且该方法无需已知反射系数、波程差等等任何先验信息即可估计出目标仰角和高度参数，所研究的测高方法受复杂地形影响较小，具有较好的阵地适应性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及米波MIMO雷达测高技术领域，尤其涉及复杂地形条件下米波MIMO雷达测高方法。

背景技术

MIMO雷达具有波形多样性，使其相较于常规相控阵雷达具有多种优势，尤其是在角度估计领域。MIMO雷达角度估计已经取得了比较丰富的估计结果，经典超分辨算法如ESPRIT、MUSIC、ML等都得到了应用，包括基于压缩感知和稀疏表示等先进信号处理技术均得到了移植应用。

MIMO雷达角度估计中有一类问题显得比较特殊，那就是米波MIMO雷达的低仰角测高问题。由于低仰角区域存在多径反射信号，这使测高成为了参数估计中的一个难题。为了方便分析，众多学者将反射地面假设为平坦地面，并研究出了不少测高方法，如广义MUSIC测高方法、最大似然估计测高方法，BOMP算法，基于极化信息、频率分集技术、稀疏字典、自适应波束形成、波瓣分辨算法、多径能量利用，当反射地面是平坦地面时，这些方法均取得了不错的测高精度。但值得注意的是，在实际地形中存在不少复杂地形，如起伏地形、倾角地形等。此外，以上测高方法所使用的信号模型均假设只存在一个反射点，而随着目标在复杂环境中运动，反射点极有可能不止一个，因此以上测高算法在实际应用中精度大大降低，究其原因，主要是由于测高算法与实际地形不匹配所导致的，也即所建立的信号模型与实际地形信号模型存在失配情况。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种复杂地形条件下米波MIMO雷达测高方法，建立精细化的信号模型，该信号模型考虑地形起伏情况和倾角情况，并假设存在多个反射点，基于该信号模型使用广义MUSIC算法或者最大似然估计算法进行目标仰角的计算，受复杂地形影响较小，具有较好的阵地适应性和鲁棒性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

复杂地形条件下米波MIMO雷达测高方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：建立复杂地形条件下米波MIMO雷达系统的信号模型；

S2：基于步骤S1中建立的米波MIMO雷达系统信号模型，使用广义MUSIC算法或者最大似然估计算法进行测高，得到目标仰角。。

进一步的，步骤S1的具体操作包括以下步骤，

S101：在均匀线阵组成的米波MIMO雷达系统垂直放置的条件下，建立地形多径反射模型，其中，米波MIMO雷达系统的收发阵元共用，阵元数为M，相邻阵元间的距离为d＝λ/2，h_a为参考阵元高度，h_t为目标高度，θ_q，i为第i个反射点的地面倾角，θ_s，i为第i条反射路径的反射波的波达方向；

S102：建立第m个天线阵元发射信号的直达波到达目标处的信号模型；

S103：建立第m个天线阵元发射信号经过第i个反射点反射后到达目标处时的信号模型；

S104：建立第m个天线阵元发射信号到达目标处的总的信号模型；

S105：建立MIMO雷达系统所有天线阵元发射信号到达目标处的总的信号模型。

进一步的，步骤S102的具体操作包括以下步骤，

S1021：假设第m个天线阵元在t时刻的发射信号为