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低仰角目标角度测量是目前米波雷达技术面临的重要难题之一。米波雷达由于具有反隐身能力而在现代雷达中占有越来越重要的地位。米波雷达之所以在反隐身方面具有优势,是因为米波波长较长,一般的吸波涂层、吸波材料、阻抗加载等反隐身技术对其作用效果不大。但也正是由于米波波长特点,使得米波雷达无法形成较窄的雷达波束,仰角分辨率较低,特别是在低仰角工作时,天线波束中的一部分照射到地面,由于地面反射路径影响,造成接收天线处目标直达波信号与反射波信号相互干扰作用,引起信号振幅与相位的变化,从而导致仰角误差很大,严重影响了米波雷达高度测量结果,这已经难以满足对现代雷达的需求。因此,如何克服地面反射路径对米波雷达低仰角测量的影响,完成目标高度的正常测量,已成为雷达界急需解决的问题之一。 本文以实际环境与实录数据为分析依据,仔细研究了给定场合下的地面反射路径效应成因及其变化,并在此基础上提出了基于球面反射与目标多散射中心假设的反射路径效应模型。该模型解释并验证了地面反射路径效应的成因及其分布特征。进而利用该分布特征提出了与之相适应的处理方法,为消除或抑制地面反射路径效应探索出了一个技术解决途径,即该方法的核心处理算法可以直接利用成熟的超分辨分析技术,确保了算法的可信性与可靠性。 实录数据处理分析表明,米波雷达低仰角目标测角时产生的地面反射路径效应可以用动-静两种模态来表征:(1)静态——取决于雷达架设地点的地理环境,与目标距离、高度基本无关。(2)动态——取决于目标类型与姿态变化。这两种模态对观测结果的作用可用三种观测区域来描述,即观测值可信区、不可信区与模糊区。而这三个区域又为实际观测是否为真值提供了判别依据。此外,分析还发现,地面反射路径效应不能视为等效平面波特性,而是在(-90°~90°)俯仰角区间上呈多峰状分布,其峰的位置与个数动态变化。 因米波雷达波长与目标尺寸相当,即目标的散射特性呈振荡分布且随其姿态的变化而变化。为降低分析难度,本文对目标散射特性作了简化处理,即将其看成为一组目标瞬态振荡峰值所在位置作为散射中心点的空间离散分布多散射中心——目标多散射中心假设,目标地面反射回波是由这些多散射中心对应的反射路径产生。为了能够尽量真实地描述地面反射路径效应,目标-地面-雷达的途经路径则加入了地球曲率的影响。在此基础上建立了基于目标多散射中心的地面反射路径模型。尽管建模过程中对目标散射特性作了简化处理,但模型仿真结果还是很好地解释与验证了实验数据分析中所涉及到的现象成因。这也就为后续测角问题的解决提供了技术途径。 针对目标回波的多峰分布特性,本文提出了一种简化峰为“类平面波”的搜索与对消DOA处理方法,使得成熟且广泛应用的超分辨技术得以应用,成为该方法的核心算法。据此设计出目标测高校偏估值器以观测值所在区间作为判别依据,实现了对目标真实仰角的估计处理。经多批先验与后验实录数据处理验证了该方法是可行可信的。该方法在多批数据处理过程中表现出了良好的稳定性与适应性,且估值精度好于预期。 尽管本文中所提及的分析处理方法是针对一种地形场合获得的实验数据进行的,但其分析思路与处理方法并非根据地形而提出,因而可以推广应用到其它地形场合中。并且,还可将有无观测值可信区作为雷达架设阵地选择的参考依据。