一种基于位置指纹的高空目标飞行高度和雷达截面积估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高空监测技术领域，具体涉及一种基于位置指纹的高空目标飞行高度 和雷达截面积估计方法。
【背景技术】
[0002] 高频地波雷达能够探测超过地平线以外的海上目标和飞行目标，但是在高度上不 能形成较窄的纵向波束，因而难以在高度上分别不同目标。但是高频地波雷达发射的垂直 极化电磁波传播衰减在高度方向上随着高度的变化而变化。这种特性为海上飞行目标的高 度估计提供了可能。
[0003] 由高频地波雷达方程可知，目标强度在dB形式下可以表示为：
[0004] Pr (dB) = -2 ζ b (R，h) + Ψ +C
[0005] 其中，匕是目标信号回波强度；ζ b(R，h)为距离R、高度h处的垂直极化电波传播 衰减；Ψ是目标相对于观测站的RCS ;C是与雷达系统工作参数相关的常数。
[0006] 高频地波雷达方程中的信号回波强度是电波传播衰减和目标RCS的函数，而传播 衰减ζ b也是目标距离和飞行高度h的函数。在雷达工作频率为11. 4MHz，发射站高10m， 目标与雷达相距40~140km时，可以得到在低空区域不同高度上的传播衰减曲线如图1所 不。
[0007] 由图1可见，在不同距离和高度上，高频电波传播衰减呈现明显的不同。因此，垂 直极化电波在高度上的变化特性为飞行目标高度估计提供了可能。
[0008] 目前国内外还没有提出可以工程应用的高频地波雷达高度估计技术。在经典的高 频地波雷达飞行目标高度估计模型中，目标状态向量包含目标高度和RCS及其它们的变化 率，即k时刻目标状态向量Xk表示为
[0010] 其中，M5P ψ ,分别表示k时刻目标的高度信息和RCS信息；4和1分别是目标 在高度和RCS上的变化率信息。
[0011] 目标状态方程定义为
[0012] Xk= FX k !+vk
[0013] 其中，F为状态转移矩阵，v# k时刻的白高斯过程噪声。
[0014] 以目标信号回波强度作为观测量，观测方程表示为
[0015] Pr (dB) = h (X)+Wk
[0016] 其中，h( ·)为非线性观测函数，Wk为白高斯观测噪声。
[0017] 因而，目前常用的高度估计模型为
[0018] CN 105116393 A 说明书 2/6 页
[0019] 高频地波雷达飞行目标高度估计现有技术的缺点主要体现在以下几个方面：
[0020] 主要体现在以下两个方面：
[0021] (1)难以在微波暗室内进行测试
[0022] 室内静态模型缩放测试虽然有效的减少了外部环境因素的干扰，但是飞行目标模 型的缩放造成模型的RCS与目标真实RCS之间误差较大。
[0023] (2)难以在外场环境下进行测试
[0024] 在外场环境下测试不仅测试难度很大、花费高昂，而且存在外部环境干扰的因素， 在高频波段上进行目标测试不理想。
[0025] (3)现有估计方法效果差
[0026] 现有高度估计技术都是利用单站雷达测量的数据进行高度和RCS估计，观测信息 较少，在高度上是盲的，无法准确估计目标高度和RCS。
【发明内容】
[0027] 针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种基于位置指纹的估算高空 目标飞行高度和雷达截面积的方法，以解决外场动态测试干扰因素导致RCS估计不准确的 问题，实现RCS信息的准确估计；解决传统高度估计方法效果差的问题。
[0028] 为达上述目的，本发明提供了一种估算高空目标飞行高度和雷达截面积的方法， 包括：
[0029] 以高频地波雷达观测站为原点，建立三维直角坐标系，并设高空目标的位置P为 (x, y, z)；
[0030] 获取T/R站接收到的目标观测距离Rt和方位信息Θ t;获取R站接收到的目标观 测距离之和P以及方位信息θκ，其中，p =RJL艮是R站的目标观测距离；
[0031] 获取T/R站信号回波强度P&,dB(k)以及R站的回波强度P", dB(k);
[0032] 根据目标在X、y、z轴和目标RCS轴上的空间网格划分，并计算得到目标对应参考 点上的数据库为：
[0033] R f二(?= U.…，Λ/"/?，表示观测区域内共有Num个参考定位点。
[0034] 进一步的，
[0035] 所述目标观测距离艮和P、方位信息θ Θ t，在所述三维直角坐标系中表示 为：
CN 105116393 A ^ ΗΠ T> 3/6 贞
[0040] 其中，（xt, yt, zt)和（χ" y。Z1O分别是T/R站和R站的坐标位置。
[0041] 进一步的，
[0042] 所述回波强度P&idB(k)和P"，dB(k)可表示为：
[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是目标信号回波强度，Gb(X)表示高频地波传播衰减，it t(k)为K时 刻目标相对于T/R站的RCS，WJk)为目标相对于R站的RCS ;C是一个与雷达工作参数相 关的参量，当雷达系统参数确定时，C为常数。
[0046] 进一步的，根据两个站的所述目标观测距离、方位信息以及回波强度，可以得到测 试数据为
[0047] S = (s1，s2, s3,…，sm)
[0048] 这里m表示观测站测试目标信息的维度，这里m = 3。S1J2^3分表表示目标的斜 距、方位和信号回波强度测试值。
[0049] 进一步的，利用参考数据R1和测试数据S计算欧式距离：
[0051] 从所有D1中找出最小的K个点，利用K均值法计算出目标高度和RCS信息。
[0053] 本发明能够达到以下有益效果：
[0054] 本发明充分利用双基地高频地波雷达探测到的目标位置和信号回波强度信息，有 效地消除了目标观测噪声和外部干扰对目标高度和RCS估计精度的影响提高了目标高度 和RCS的估计精度；采用位置指纹定位算法实现了目标高度和RCS信息的准确估计，降低了 计算量，便于工程实现。
【附图说明】
[0055] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0056] 图1是低空域地波传播衰减图；
[0057] 图2是本发明一种估算高空目标飞行高度和雷达截面积的方法的流程示意图；
[0058] 图3是本发明T/R-R双基地高频地波雷达与目标之间的位置示意图。
【具体实施方式】
[0059] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0060] 本发明主要解决了以下几个方面的问题：
[0061] (1).实现RCS信息的准确估计的问题
[0062] 本发明利用信号回波强度信息构建RCS估计模型，可以实时准确的估计出目标 RCS信息，解决室内暗室测试难于建立准确飞机模型而导致的RCS测试误差很大的问题。
[0063] (2).解决外场环境下测试时无法减少有源