夏 添沈一鷹 劉永坦 陳 迪

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 哈爾濱 150001)

基于虛擬平面的米波組網(wǎng)雷達(dá)測高算法

夏 添*沈一鷹 劉永坦 陳 迪

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 哈爾濱 150001)

隨著反隱身技術(shù)的發(fā)展，米波雷達(dá)憑借其反隱身、反輻射導(dǎo)彈方面的天然優(yōu)勢，再度進(jìn)入科學(xué)界的視野。但米波雷達(dá)在探測低仰角目標(biāo)過程中受多路徑效應(yīng)影響嚴(yán)重，導(dǎo)致測高結(jié)果易出現(xiàn)較大偏差，無法滿足實際需要。而組網(wǎng)雷達(dá)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展為此問題找到了一個解決辦法。該文采用組網(wǎng)雷達(dá)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，僅利用米波雷達(dá)測得的距離和方位信息實現(xiàn)了目標(biāo)的3維定位，從而解決米波雷達(dá)測高困難的問題。考慮地球曲率的影響。該文所提出的米波組網(wǎng)雷達(dá)測高算法利用大地坐標(biāo)變換、坐標(biāo)系變換和數(shù)據(jù)變換，把各雷達(dá)數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個合理的工作平臺，即虛擬平面上，在該平面上對目標(biāo)進(jìn)行測高計算。對極小誤差法加以改進(jìn)，采用分辨率不高，但數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好的方位角信息確定算法的搜索范圍；應(yīng)用分辨率較高的目標(biāo)距離信息來獲取最終的目標(biāo)經(jīng)度、緯度、海拔高度估值。由于地面強(qiáng)反射的原因，目標(biāo)的距離估值有些時候是不準(zhǔn)確的，該文設(shè)立了置信度判決準(zhǔn)則以驗證定位的有效性。通過仿真驗證，該算法具有較好的測高精度，可作為組網(wǎng)雷達(dá)行之有效的測高方法。

米波雷達(dá)；組網(wǎng)雷達(dá)；高度測量；虛擬平面；極小誤差法

1 引言

米波雷達(dá)的工作頻段在甚高頻(VHF)，頻率范圍在30～300 MHz。它是20世紀(jì)30年代發(fā)明和使用的主要防空雷達(dá)，大多數(shù)早期雷達(dá)都工作在該頻段。在雷達(dá)使用早期，米波雷達(dá)在軍事上有著十分重要的意義。但隨著科學(xué)的發(fā)展，對雷達(dá)測量精度要求的逐漸提高，微波雷達(dá)憑借其定位精度高的優(yōu)勢迅速發(fā)展，而米波雷達(dá)技術(shù)卻停滯不前。隨著現(xiàn)代飛行器、導(dǎo)彈的發(fā)展，隱身技術(shù)的出現(xiàn)使各國的防空雷達(dá)系統(tǒng)受到嚴(yán)重威脅。米波雷達(dá)由于其波長較長，現(xiàn)代隱身技術(shù)對其沒有效果，因此它又重新進(jìn)入科學(xué)界的視野。然而，米波雷達(dá)的測量距離一般在百公里以上，測量目標(biāo)相對于米波雷達(dá)都是低仰角目標(biāo)。由于其波長較長，在相同天線口徑下，其波瓣寬度受到很大的限制，當(dāng)它在進(jìn)行低仰角測高時，會產(chǎn)生多路徑效應(yīng)，嚴(yán)重影響了米波雷達(dá)的測高精度。很多文獻(xiàn)根據(jù)雷達(dá)波低仰角下復(fù)雜地形反射特性[1]，提出適用于多徑情況下的波達(dá)方向估計算法，由仰角計算得到的目標(biāo)高度量測。這其中的算法大體可以總結(jié)為兩類：波瓣分裂法[2,3]和超分辨法[4?7]。由單站米波雷達(dá)提供的測高精度并不令人滿意，難以達(dá)到實際使用的需求標(biāo)準(zhǔn)。

組網(wǎng)雷達(dá)數(shù)據(jù)融合技術(shù)是對分散在不同位置、覆蓋范圍相互交疊的多部雷達(dá)信息進(jìn)行實時處理，憑借眾多的雷達(dá)測量參數(shù)來有效地提高測量精度，實現(xiàn)目標(biāo)較為精確的定位。本文將采用組網(wǎng)雷達(dá)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，利用米波雷達(dá)的距離和方位測量信息實現(xiàn)目標(biāo)的高度信息獲取，從而在一定程度上解決單站米波雷達(dá)受多路徑效應(yīng)影響而無法測高的缺點。文獻(xiàn)[8]提出了子集優(yōu)化法，即目標(biāo)位置由定位精度最好的那組量測子集來決定。這雖然簡化了定位優(yōu)化的計算，但是子集優(yōu)化法定位精度不高，還可能出現(xiàn)定位模糊的問題。文獻(xiàn)[9]提出兩種優(yōu)化算法實現(xiàn)組網(wǎng)雷達(dá)定位：最小二乘迭代方法和極小化誤差法。最小二乘迭代方法計算量很大，在各量測子集間相關(guān)性很弱的條件下是適用的，當(dāng)相關(guān)性不容忽視時，需另行設(shè)法采用別的優(yōu)化算法。極小化誤差法經(jīng)誤差標(biāo)準(zhǔn)化后，不同類型的數(shù)據(jù)可以一起處理，更適合多樣數(shù)據(jù)類型的組網(wǎng)雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。本文對極小化誤差法加以改進(jìn)使其具有更好的計算性能和穩(wěn)定性。

為計算簡便，絕大多數(shù)的雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法忽略了地球曲率的影響，而把地球看作一個平面，由于地球是一個橢球體，并且米波雷達(dá)的作用距離較遠(yuǎn)，通常達(dá)到上百公里，此時地球曲率引入的高度差已經(jīng)不可忽略，故不能用簡單的平面三角形關(guān)系來計算目標(biāo)高度，而應(yīng)當(dāng)考慮地球曲率的影響。為此，本文首先將3個子坐標(biāo)系的雷達(dá)站址大地坐標(biāo)(緯度，經(jīng)度，海拔高度)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的地球坐標(biāo)系，在地球坐標(biāo)系上，利用3雷達(dá)的站址坐標(biāo)確定一個搜索虛擬平面。再把3雷達(dá)站址地球坐標(biāo)和子坐標(biāo)量測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到該虛擬平面上。本文對極小化誤差法加以改進(jìn)，采用分辨率不高，但數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好的方位角信息確定算法的搜索范圍。應(yīng)用分辨率較高的目標(biāo)距離信息來獲取最終的目標(biāo)高度估值，該算法具有更好的計算性能和穩(wěn)定性。所得目標(biāo)坐標(biāo)值再經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到地球坐標(biāo)系。由于地面強(qiáng)反射的原因，目標(biāo)的距離估值有些時候是不準(zhǔn)確的，本文設(shè)立了置信度判決準(zhǔn)則驗證定位的有效性。最后經(jīng)過大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換從而得到目標(biāo)的經(jīng)度，緯度，高度。通過仿真分析研究算法的適用性、可行性、適用范圍，討論不同因素對高度估值的影響。

2 虛擬平面的建立

考慮地球曲率的影響，本文所提出的米波組網(wǎng)雷達(dá)測高算法首先利用大地坐標(biāo)變換，坐標(biāo)系變換，數(shù)據(jù)變換，把各雷達(dá)數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個合理的工作平臺上，即一個虛擬平面上。算法首先將3個雷達(dá)站址的大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的地球坐標(biāo)，在地球坐標(biāo)系上，利用3雷達(dá)的站址坐標(biāo)建立虛擬平面。通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，把3雷達(dá)站址地球坐標(biāo)和子坐標(biāo)量測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到該虛擬平面上。

2.1 大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

在組網(wǎng)雷達(dá)中，各基站所得到的數(shù)據(jù)需要一個統(tǒng)一的、通用的表達(dá)。本文采用WGS-84坐標(biāo)系(World Geodetic System-1984 coordinate system)。討論空間直角坐標(biāo)(x,y,z)和大地坐標(biāo)(緯度B，經(jīng)度L，海拔高度H )之間的相互換算問題，由大地測量學(xué)可知，空間直角坐標(biāo)(x,y,z)和大地坐標(biāo)(B,L,H)有關(guān)系。

a為地球長半軸，b為地球短半軸。WGS-84中a= 6378137±2 m, e為0.0066943799013。

N為卯酉圈曲率半徑，

式中，e為地球橢球第1偏心率。

通過式(3)即可把3雷達(dá)站址的大地坐標(biāo)(Bi,Li, Hi)(i=1,2,3)換算為空間直角坐標(biāo)(xi,yi,zi)。當(dāng)本文算法得到目標(biāo)T精確位置信息(xT,yT,zT)時，還需將其換算到大地坐標(biāo)(BT,LT,HT)，以此得到精確的海拔高度。對于由空間直角坐標(biāo)換算大地坐標(biāo)的反解問題，要用逐次趨近的方法，按式(4)加以解算：

按式(4)做4～5次迭代運算，即可把空間直角坐標(biāo)(x,y,z)換算為大地坐標(biāo)(B,L,H)[10,11]。

2.2 確定虛擬平面和坐標(biāo)系

在組網(wǎng)雷達(dá)中，各基站分布在地球不同的經(jīng)度、緯度、高度上，它們所得到目標(biāo)的距離、方位角等測量信息是在各站子坐標(biāo)系中獲得的。如圖1所示，X, Y, Z為大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，O1, O2, O3分別代表3部雷達(dá)站址，T代表目標(biāo)。以O(shè)1雷達(dá)為例，其子坐標(biāo)系的Z軸方向Z1為OO1方向；X軸方向向量X1, Y軸方向向量Y1在過點O1且垂直于OO1方向向量的平面內(nèi)，由于Y1軸指向正北方向，所以與O1點經(jīng)線相切。X1由右手螺旋定則決定。

圖1 地球坐標(biāo)系與子坐標(biāo)系之間的關(guān)系

通過式(1)即可把3雷達(dá)站址的大地坐標(biāo)(Bi,Li, Hi)(i=1,2,3)換算為空間直角坐標(biāo)(xi,yi,zi)，已知不共線的3雷達(dá)站O1(x1,y1,z1), O2(x2,y2,z2), O3(x3,y3,z3)可確定1個平面O4，本文利用該平面作為虛擬平面,筆者認(rèn)為在其上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理最為合理。O4的方程可由Cramer法則求解。設(shè)求解后的虛擬平面O4的方程為x+A4y+B4z+C4=0。在該平面上確定原點和正方向。為了簡化后續(xù)處理，將3站址按經(jīng)度大小排序，重命名中間點為O1，經(jīng)度較大點為O2，經(jīng)度較小點為O3。設(shè)經(jīng)度在中間的雷達(dá)坐標(biāo)點O1點為平面O4的原點。其Y4軸在虛擬平面O4上仍指向正北方向。Z4為平面O4的法線向量(1, A4, B4)。X4軸由右手螺旋定則決定。

2.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

因為兩坐標(biāo)雷達(dá)只能得到目標(biāo)距離R和方向角θ。R在任何坐標(biāo)系下都是兩點直線間的距離，數(shù)值是不變的，因此只需要將雷達(dá)測得的θ轉(zhuǎn)變到虛擬平面O4上。這其中要分兩個步驟進(jìn)行轉(zhuǎn)換：首先是由于雷達(dá)所處在不同的經(jīng)度、維度上，各雷達(dá)Y軸方向，即正北方向所指向的方向是不統(tǒng)一的。需要校正北方向帶來的角度誤差。然后是各子平面上的方向角θ須經(jīng)過角度變換到O4平面。下面將一一

θθθ分別代表子坐標(biāo)系上的目標(biāo)方位角θ1,θ2,θ3投影到虛擬平面O4后的值，正方向校準(zhǔn)后，雷達(dá)2和雷達(dá)3的正方向應(yīng)與雷達(dá)1統(tǒng)一，即123, ,說明。

2.3.1 校準(zhǔn)正方向 方位角定義為以正北方向為基準(zhǔn)，按順時針旋轉(zhuǎn)所成的角度。若123

',','

θθθ，分別代表平面O上的校準(zhǔn)正方向后的目標(biāo)方位角，則

''''''

其中

mi為雷達(dá)i的正北方向在平面O4上的投影向量。通過式(5)，即可消除不同雷達(dá)在不同位置所在的正北方向造成的角度偏差。

2.3.2 方位角變換 各子平面上的方位角θ1,θ2,θ3須投影變換到虛擬平面O4上的,,。下面將以雷達(dá)1為例，介紹方位角變換的基本方法。如圖2所示，O1為雷達(dá)1站址，平面O1為雷達(dá)1子坐標(biāo)平面，平面O4為虛擬平面。CO1為兩平面交線。在子平面和虛擬平面分別作過O1點且垂直于CO1的法線O1D, O1E。則∠EO1D為兩平面的夾角，記為γ。設(shè)向量O1B為雷達(dá)1子坐標(biāo)系的正北方向，O1B與法線O1D的夾角∠BO1D記為α。向量O1A為目標(biāo)T的方向，O1A與法線O1D的夾角∠AO1D記為β。則∠AO1B為雷達(dá)1在子坐標(biāo)系下的目標(biāo)方位角θ1，即θ1=α+β。分別過A, B點做垂直于平面O1的垂線，交于虛擬平面O4的M, N兩點。則∠MON為變換到虛擬平面的目標(biāo)方位角。

圖2 方位角變換示意圖

求解α,β,γ的值，即可求解情況推導(dǎo)的過程與之類似。由于篇幅所限，具體推導(dǎo)過程就不再詳述。

2.4 坐標(biāo)系變換

下面探討地球坐標(biāo)系上與虛擬平面坐標(biāo)系O4之間的坐標(biāo)變換問題。若一點在地球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x,y,z)，那么它在虛擬平面坐標(biāo)系O4的坐標(biāo)(x',y',z')可以表示為

其中

本文須將O2(x2,y2,z2), O3(x3,y3,z3)投影到平面O4上，所以將這兩點代入式(8)，即可得到兩點在新坐標(biāo)系O4的坐標(biāo)。與此同時，在虛擬平面搜索得到目標(biāo)T坐標(biāo)(xm,yn,zm,n)之后，可通過逆變換，把目標(biāo)位置轉(zhuǎn)回到地球坐標(biāo)系。

3 搜索算法

3.1 搜索范圍的選取

本文采用分辨率不高，但數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好的方位角信息確定算法的搜索范圍。如圖3所示，在O4平面以各雷達(dá)站站址為原點，畫方位角為(θi+σθi), (θi?σθi)的兩條射線，這兩條線所夾的區(qū)域為目標(biāo)可能所在的區(qū)域。任意兩雷達(dá)交匯成一個四邊形區(qū)域。如圖所示，雷達(dá)2與雷達(dá)3所交匯的區(qū)域為四邊形abcd。這樣就可以得到3個四邊形作為搜索區(qū)域。當(dāng)兩雷達(dá)與目標(biāo)T所成的夾角(如∠O1TO2)趨于0°或180°時，搜索四邊形區(qū)域會被拉長，導(dǎo)致搜索范圍過大，降低搜索速度和搜索精度。所以本文只選取夾角與90°最為接近的兩雷達(dá)所交匯的搜索區(qū)域(圖中為abcd)作為最后的搜索范圍。

圖3 搜索范圍的選取示意圖

3.2 誤差最小值的搜索

根據(jù)以上方法可以得出目標(biāo)位置落在一定區(qū)間內(nèi)，可在這個區(qū)間內(nèi)按照一定的搜索步進(jìn)對x, y值進(jìn)行搜索，對每組給定的搜索坐標(biāo)值均可求出其對應(yīng)的高度z值。

假定在搜索范圍內(nèi)，x的取值個數(shù)為M, y的取值個數(shù)為N，則可以得到M×N組高度值zm,n，其中zm,n由式(10)計算獲得。

其中，zm,n,i表示由第i個雷達(dá)計算得到的高度值。

其中， (xi, yi)是雷達(dá)站i的O4平面的直角坐標(biāo)，(xm, yn)是飛行目標(biāo)的在O4平面的投影坐標(biāo)。最后，針對米波雷達(dá)目標(biāo)方位信息誤差較大，本文僅應(yīng)用分辨率較高的目標(biāo)距離信息來獲取目標(biāo)高度估值，對于一個由3個雷達(dá)(包括一個或多個米波雷達(dá))組成的組網(wǎng)雷達(dá)來說，其聯(lián)合誤差為

σRi為雷達(dá)站i目標(biāo)距離的均方差。σ由于為3個服從N(0,1)分布的變量的平方和，將服從自由度為3的χ2分布[12,13]。根據(jù)式(12)計算誤差函數(shù)，令σ分別對x, y, z求導(dǎo)，并使其導(dǎo)數(shù)為零，求解方程組就可以得到目標(biāo)的估計位置(x, y, z)[9]。對于極小化誤差法，其在運算速度方面有著明顯的缺陷，并且方程組易出現(xiàn)無解或死循環(huán)的情況，即不能保證各個量的偏導(dǎo)數(shù)同時為零，嚴(yán)重影響了極小化誤差的適用范圍。本文采用σ對應(yīng)最小值的點(xm,yn,zm,n)作為目標(biāo)位置的最佳融合估計值，使其具有更好的計算性能和穩(wěn)定性。

4 置信度判斷

由于地面強(qiáng)反射的原因，目標(biāo)的距離估值有些時候是不準(zhǔn)確的，需設(shè)立判決準(zhǔn)則驗證定位的有效性。通過以上改進(jìn)算法搜索得到目標(biāo)的最佳估計坐標(biāo)值(xm,yn,zm,n)，可通過逆變換，把目標(biāo)T位置信息變換回到地球坐標(biāo)系，得到目標(biāo)T精確位置(xT,yT,zT)，通過該信息可以反推得到各雷達(dá)到該點的目標(biāo)距離。

在高斯噪聲背景下，雷達(dá)測量所得到的目標(biāo)距離Ri是服從高斯分布的。即

其中σRi是Ri均方差，可以用各雷達(dá)的距離分辨率的一半代替。若置信度設(shè)置為95%，則

為真，則認(rèn)為(BT,LT,HT)為最佳估計坐標(biāo)值，否則予以剔除。

5 算法流程圖

圖4為算法的流程圖。算法首先將3個雷達(dá)站址的大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的地球坐標(biāo)，在地球坐標(biāo)系上，利用3雷達(dá)的站址坐標(biāo)建立虛擬平面。通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，把3雷達(dá)站址地球坐標(biāo)和子坐標(biāo)量測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到該虛擬平面上。在該平面利用改進(jìn)的最小誤差法對飛行目標(biāo)定位。得到的虛擬平面上的最佳估計坐標(biāo)需反變換到地球坐標(biāo)系，做目標(biāo)距離量測的置信度檢驗。當(dāng)置信度判決成立時，最后將目標(biāo)精確位置的地球坐標(biāo)做大地坐標(biāo)的反變換，輸出代表目標(biāo)唯一方位的緯度、經(jīng)度和海拔高度值。

6 虛擬平面的優(yōu)勢

無論是在傳統(tǒng)的地球表面切面為工作平面的傳統(tǒng)坐標(biāo)系，還是在本文所提出的虛擬平面上，在搜索計算過程中，需要按式(11)計算目標(biāo)在平面上的高度值zm,n,i。

可以看出，在平面上如果目標(biāo)的真值位置，Z的值較小，而X和Y方向的誤差較大時，會造成式(11)根號內(nèi)的值小于零，而使zm,n,i無解，致使算法失靈。但由于本文所建立的虛擬平面可以通過雷達(dá)布站使得特定位置的目標(biāo)保持在虛擬平面上適當(dāng)?shù)母叨?，從而避免了上述問題發(fā)生，提高了算法的穩(wěn)定性和定位精度，增強(qiáng)了對低空目標(biāo)的檢測概率。這是優(yōu)于傳統(tǒng)坐標(biāo)系定位方法的地方。這也給雷達(dá)布站提供了一個全新的思路。

7 仿真分析

7.1 算法的精度分析

仿真參數(shù)：本文仿真了兩種雷達(dá)布站的方式。第1種為3雷達(dá)布站成站間距較小的銳角三角型，雷達(dá)站址數(shù)據(jù)如表1所示。設(shè)定目標(biāo)真實海拔高度Hr=10 km。設(shè)3雷達(dá)的距離分辨率為0.1 km，方位分辨率為0.5°。所以根據(jù)先驗知識，仿真時假設(shè)距離量測噪聲服從(0, 0.052)的高斯分布。方位量測噪聲服從(0, 0.252)的高斯分布。每個實驗重復(fù)作40次，相對誤差ΔH= |H?Hr|，所得結(jié)果為40次的平均值。

如圖5所示，為第1種布站下，目標(biāo)不同位置所得到的海拔高度相對誤差的等高線圖。橫、縱坐標(biāo)為目標(biāo)所在的經(jīng)、緯度。該圖南北約260 km，東西約220 km。“*”代表雷達(dá)位置。由圖5可知測高精度隨目標(biāo)到雷達(dá)陣的距離成反比。各方向所得到的測高精度幾乎相同?？梢哉J(rèn)為該算法的測高精度是相對優(yōu)秀的。

第2種布站時，在第1種布站的基礎(chǔ)上，拉大了站間距離，3雷達(dá)成鈍角三角形。雷達(dá)站址數(shù)據(jù)如表1所示。其他數(shù)據(jù)與第1種布站相同。如圖6，該等高線圖與圖5相比，在東西方向的等高線角密集，測高精度有所降低。在南北方向更加平直，同樣獲得了較好的測高精度。

圖4 算法的流程圖

圖5 站間距較小的銳角三角型布站下的測高誤差等高線圖

表1 雷達(dá)站址數(shù)據(jù)

7.2 雷達(dá)布站對測高精度的影響

指定目標(biāo)真實位置大地坐標(biāo)在點(50.0°,35.5°, 10 km)處，距離坐標(biāo)原點約130 km。在第2種布站的基礎(chǔ)上只改變雷達(dá)1的站址高度，觀察目標(biāo)相對虛擬平面的高度，以及高度誤差隨雷達(dá)1站址高度的變化。如表2所示，在該點處，隨著雷達(dá)站址高度的升高，在目標(biāo)海拔高度不變的情況下，目標(biāo)相對虛擬平面的高度在降低，測高誤差在雷達(dá)1海拔高度為0.4 km處最小，并向兩側(cè)逐步上升。由此可見，通過雷達(dá)布站，尋找特定的虛擬平面可以提高對特定方位的目標(biāo)的測高精度。這是優(yōu)于傳統(tǒng)坐標(biāo)系定位方法的地方。也給雷達(dá)布站提供了一個全新的思路。

圖6 站間距較大的鈍角三角型布站下的測高誤差等高線圖

8 結(jié)論

仿真分析得出，本文提出的基于虛擬平面的測高算法克服了當(dāng)目標(biāo)距離比較遠(yuǎn)時，地球曲率對目標(biāo)高度的影響。并通過雷達(dá)布站，尋找特定的虛擬平面可以提高對特定方位的目標(biāo)的測高精度。仿真分析可以看出，該算法獲得了較好的測高精度。該算法可作為組網(wǎng)雷達(dá)行之有效的測高方法。此外，本文所建立的虛擬平面的數(shù)學(xué)模型同樣適用于其他信號、數(shù)據(jù)處理。該工作平臺基于大地坐標(biāo)系，可以有效地實時地表達(dá)各自坐標(biāo)的數(shù)據(jù)信息，有利于數(shù)據(jù)間的傳輸與融合。

表2 雷達(dá)布站對測高精度的影響

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夏 添： 男，1985年生，博士生，研究方向為雷達(dá)信號處理、信息融合.

沈一鷹： 男，1960年生，教授，主要研究方向為雷達(dá)目標(biāo)檢測、海量數(shù)據(jù)融合.

劉永坦： 男，1936年生，中國科學(xué)院院士、中國工程院院士，主要研究方向為雷達(dá)目標(biāo)檢測、信號處理.

陳 迪： 男，1979年生，講師，主要研究方向為雷達(dá)數(shù)據(jù)處理.

Height Measurement Algorithm of Meter-wave Radar Network Based on Virtual Plane

Xia Tian Shen Yi-ying Liu Yong-tan Chen Di
(School of Electronics and Information Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

With development of anti-stealth technology, meter-wave radar comes into sight of scientific community again due to its natural superiority of anti-stealth and anti-radiation missile. But as strongly influenced by multipath effect in process of detecting target with low elevation angle, meter-wave radar may obtain a measured height with large deviation that unable to meet actual need. However, the development of data fusion technology in radar network finds a solution to this problem. This paper uses data fusion technology of radar network to realize three-dimensional positioning of target only with distance and azimuth information measured by meter-wave radar, so that the problem of height measurement in meter-wave radar can be well solved. In consideration of effect of earth curvature, the proposed height measurement algorithm of meter-wave radar network utilizes geodetic coordinate transformation, coordinate system transformations, and data transformation to unite all radar's data into one reasonable work platform, namely virtual plane. Height measurement is conducted to target on this plane. Azimuth angle information with not high resolution ratio but good data stability is used to determine hunting zone of algorithm so as to improve minimum error method. The target distance information with high resolution ratio is used to obtain final longitude, latitude and altitude estimate of target. Sometimes target distance estimate may be inaccurate as a result of strong reflection on earth surface, according to which a confidence judgment criterion is established to verify availability of positioning. Through the simulation analysis, the proposed algorithm is verified to obtain a good accuracy in height measurement and can be regarded as an effective method in height measurement for radar network.

Meter-wave radar; Radar network; Height measurement; Virtual plane; Minimum error method

TN959.2+2

： A

：1009-5896(2015)06-1476-07

10.11999/JEIT141504

2014-11-27收到，2015-02-12改回

*通信作者：夏添 xiatianhit@126.com