[发明专利]基于带宽合成的分布式高频地波雷达目标定位和测速方法

说明书

本发明公开了一种基于带宽合成的分布式高频地波雷达目标定位和测速方法，每个雷达基站发射信号所在的频带互不重叠，且各雷达基站不仅接收自己的回波信号，还接收其他基站发射信号经目标散射后的回波信号，对各基站的回波信号进行分析处理，得到各个雷达基站的时域叠加回波信号；利用最大似然估计方法，将目标的位置估计和速度测量问题转变为求解代价函数的最小值问题；求出代价函数的最大似然估计量，得到目标的位置估计值和速度测量值。本发明能够实现分布式高频地波雷达目标定位和测速，通过将回波信号时域叠加，扩展了接收带宽，提高了带内信噪比，提升了距离和速度分辨能力，有利于对目标精确定位和速度估计。

技术领域

本发明属于分布式高频地波雷达目标定位和测速领域，涉及一种分布式高频地波雷达目标定位和测速方法，具体涉及一种基于带宽合成的分布式高频地波雷达目标定位和测速方法。

背景技术

高频地波雷达工作在3～30MHz，其最大探测范围可覆盖300至500公里，足以覆盖200公里的专属经济区并可以对海面舰船和低空飞行目标实现超视距探测，以达到监视和预警的作用。高频地波雷达凭借其探测距离大、范围广、超视距、可全天候工作等优势，成为监视专属经济区、为船只提供远程保障、实现目标的超视距预警探测的有利武器。当前，高频地波雷达由于其大的占地面积、糟糕的机动性和对RCS的起伏性等缺点，越来越难满足未来海洋发展的需求。

分布式高频地波雷达是一种全新的海洋探测超视距雷达系统，是未来高频地波雷达的重要发展方向。它根据一定的要求对雷达系统资源进行配置，形成单发多收或多发多收的海洋探测系统。该雷达系统包含分布在不同地理位置上的多个结构相同的发射和接收系统，它不仅能很好地克服传统高频地波雷达方位分辨率低、距离分辨率有限等缺点，而且在探测能力、测量精度和抗干扰等方面都有巨大的优势。可有效克服传统高频地波雷达的上述不足，对海面和低空目标实施更准确的定位。

分布式雷达目标定位方法可以分为两大类：间接定位法和直接定位法。运用最广泛的方法是间接定位法，其主要依赖于两个步骤：1.分别在每个接收机基站上估计中间参数；2.利用各站估计到的中间参数，利用相应的定位算法来推导目标位置和速度，此类方法存在明显的局限，无法得到最优的定位结果。直接定位法直接将各基站接收到的目标回波信号数据传送到总站，经过统一联合处理计算得到待测目标位置估计值，目标的定位精度和速度估计精度要明显优于间接定位法，但此方法带来了更大的传输负担和更高的计算成本。当前，分布式雷达的目标定位问题得到了广泛关注，但由于高频地波雷达的特殊性，需要对超视距远程目标进行定位，一些比较成熟的定位方法无法在分布式高频地波雷达上运用，因此，在分布式高频地波背景下，如何对目标位置和速度准确估计是一个难点，有待进一步的研究。

发明内容

为了解决在分布式高频地波雷达背景下对超视距远程目标的定位问题，本发明提供了一种基于带宽合成的直接目标定位和测速方法。该方法可以用于分布式高频地波雷达对远距离目标位置的估计和矢量速度的测量，可以得到精确的估计和测量结果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于带宽合成的分布式高频地波雷达目标定位和测速方法，包括如下算法模型和步骤：

算法模型：

在分布式高频地波雷达系统中，本算法假设每个雷达基站都采用全向天线，各基站无法获得方位角和俯仰角，只可通过时延信息和匹配搜索的方法来对目标直接定位。假设整个系统有L个雷达基站，其中有L′(2≤L′≤L)个基站可以发射信号，每个雷达基站发射一个已知信号s_l(t),l∈[1,L′]，且每个雷达基站发射信号所在的频带互不重叠，没有干扰。每个雷达基站不仅接收自己的回波信号，还接收其他基站发射信号经目标散射后的回波信号。本发明的公式中小写加粗字母代表向量，大写加粗字母代表矩阵。则第d(d∈[1,L])个雷达基站收到的经由Q个目标反射的信号可以表示为经典窄带形式：