一种粒子滤波宽带多频低空测角方法

技术领域

本发明涉及相控阵雷达领域，尤其涉及一种粒子滤波宽带多频低空测角方法。

背景技术

雷达跟踪海面低空飞行的目标时，雷达接收机除了接收到目标的直达波，还会接收到目标在海面的反射信号和散射信号。相较于镜面反射信号，散射信号能量较弱，因此在海面低空测角时常常忽略。镜面反射信号能量较强，且与目标直达波高度相关，因此雷达接收到的目标回波幅值会随着目标直达波与反射波的波程差呈现周期变化，对目标的跟踪和测角造成非常不利的影响。

推导可得，雷达接收机得到目标回波的幅值与雷达波长、直达波与反射波的波程差有关。随着目标位置的移动，直达信号与反射信号相参叠加，其幅值周期变化，该间隔周期和雷达架设高度、波长密切相关。在实际应用场景中，雷达架设高度无法随意改动，而相控阵雷达的工作波长可以灵活调整，利用不同频率下目标回波幅值的峰值、谷值位置不同的特点，使雷达多频点工作，实现凹口互补，补偿多径相消，如图1所示，其中，ha为雷达架高，ht为目标飞行高度，R

传统的低空目标测角方法，是根据低空多径下信号幅值对频率的起伏特性，利用频率分集技术提高低空目标的检测性能。即在目标照射过程中，雷达使用不同的工作频率实现测角，并对所有频率下的测角结果直接取平均，计算得到最终的测角结果。然而在实际应用中，如上所述，雷达在某些工作频率下接收到的多径回波信号的幅值各异（如图2所示，为雷达发射不同频率f1、f2、f3信号时，目标在不同距离下雷达接收到的回波幅度），导致各频率下的测角结果偏离实际值可能不同，因此对各频点下的测角结果简单平均不利于目标角度的准确估计。

发明内容

为解决现有的技术问题，本发明提供了一种粒子滤波宽带多频低空测角方法。

本发明的具体内容如下：一种粒子滤波宽带多频低空测角方法，包括如下步骤：

步骤一，搜索跟踪敌方目标；

步骤二，建立目标运动轨迹模型并撒粒子；

步骤三，宽带多频脉冲测角，雷达向目标方向连续发射多频点宽带脉冲信号；

步骤四，解算各频点下的测角值；

步骤五，粒子滤波确定各粒子的衍生概率；

步骤六，所有粒子平均测角，计算目标的真实方位；

步骤七，判断是否结束测角。

进一步的，步骤一中，用户根据实际作战场景，向目标区域建立搜索范围，在搜索范围内检测并跟踪目标；步骤二中，根据目标运动参数确定目标运动轨迹模型

进一步的，步骤四中，雷达接收机对不同频点下目标的回波信号依次经过脉压、相参积累、和差波束比幅测角，得到各频点下的测角结果

进一步的，步骤五包括：依据粒子滤波，结合目标运动模型，确定各粒子的一步预测结果

再根据预测结果与测量值之间的分布关系，确定各粒子的衍生概率

由衍生概率对粒子群重采样并更新粒子。

进一步的，步骤七中，判断是否结束测角，循环执行步骤二至步骤六，由目标运动轨迹模型的先验知识，重新校正各频点下的粒子，对所有粒子取平均计算目标的真实方位。

本发明对不同频点下的测角结果按照粒子集来处理，即明显偏离目标真实方位的测角粒子，其在后续粒子更新的过程中由于其较小的分布概率会被湮灭，而偏离目标真实方位较小的测角粒子得以保存并衍生，其平均后的测角结果可以更精确地体现目标的方位信息。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。

图1为低空多径回波信号简化模型；

图2为不同频率下的目标回波幅值；

图3为本发明的粒子滤波宽带多频低空测角方法流程图；

图4为不同方法下测角结果对比。

实施方式

结合图3和图4，本发明的基于粒子滤波的宽带多频低空测角方案包括下列步骤：

步骤一：用户根据实际作战场景，向目标区域建立搜索范围，在搜索范围内检测并跟踪目标。

步骤二：根据目标运动参数确定目标运动轨迹模型

步骤三：宽带多频脉冲测角，雷达向目标方向连续发射多频点宽带脉冲信号。

步骤四：雷达接收机对不同频点下目标的回波信号依次经过脉压、相参积累、和差波束比幅测角，得到各频点下的测角结果

步骤五：依据粒子滤波，结合目标运动模型，确定各粒子的一步预测结果

再根据预测结果与测量值之间的分布关系，确定各粒子的衍生概率

由衍生概率对粒子群重采样并更新粒子。

步骤六：对更新后的粒子群取平均，计算目标真实方位，可以提高测角精度，消除复杂恶劣环境下单频点异常测角结果对精准获取目标位置信息的影响。

步骤七：判断是否结束测角，循环执行以上实现步骤二至步骤六，由目标运动轨迹模型的先验知识，重新校正各频点下的粒子，对所有粒子取平均计算目标的真实方位。

基于低空多径信号模型，利用频率分集方法对不同位置的目标进行测角仿真，设定目标高度100米，雷达架设高度30米，目标距离10-16千米，分集频率有9GHz、10GHz、11GHz，信号带宽100MHz，每个频点下撒1000粒子。

仿真结果如图4所示：在分集频率f

较传统的低空目标测角方法，基于粒子滤波的宽带多频低空测角方法，对不同频点下的测角结果按照粒子集来处理，即明显偏离目标真实方位的测角粒子，其在后续粒子更新的过程中由于其较小的分布概率会被湮灭，而偏离目标真实方位较小的测角粒子得以保存并衍生，对更新后的粒子取平均后的测角结果不仅可以更精确地体现目标的方位信息，而且可以消除复杂恶劣环境下单频点异常测角对目标角度估计的影响，在实际应用中，更具鲁棒性。相较于卡尔曼滤波方法，粒子滤波不受模型和高斯假设的约束，在工程实现中一般有更好的表现。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。