CN111650580B - 一种利用地面反射回波时延扩展的雷达测高方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种利用地面反射回波时延扩展的雷达测高方法。本发明所解决的问题是在雷达发射测高信号的波束中心线与地面法线方向之间的夹角未知的情况下，利用地面反射早达回波时延和晚达回波时延进行雷达测高，提高雷达测高计的测高精度。使用本发明提出的方法，不需要平台在飞行过程中保持平稳飞行，有益于平台在机动情况下保持雷达测高的精度。

Description

一种利用地面反射回波时延扩展的雷达测高方法
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种利用地面反射回波时延扩展的雷达测高方法。
背景技术
空中平台在飞行过程中需要实时测量平台的高度，高度计就是一种测量空中平台高度的仪器。相比于利用气压、温度传感器测量的高度计，利用雷达测量的高度计的测高精度更高、更稳定，因此在空中平台上被广泛采用。
雷达高度计的基本原理是：空中平台上的雷达以已知的波束宽度向地面发射测高信号，当雷达发射波束中心线线垂直指向地面时，雷达高度计利用地面反射回波相对于发射测高信号的时延确定雷达所处平台的高度。但是，在实际应用中，空中平台不一定保持平稳飞行状态，雷达发射波束中心线不会总是垂直指向地面的，导致雷达高度计测得的空中平台的高度误差变大。
发明内容
本发明所要解决的问题就是在雷达发射测高信号的波束中心线与地面法线方向之间的夹角未知的情况下，利用地面反射早达回波时延和晚达回波时延进行雷达测高，提高雷达测高计的测高精度。
本发明采用的技术方案是：
一种利用地面反射回波时延扩展的雷达测高方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、雷达以已知的波束宽度θ向地面发射测高信号，0<θ<90°(雷达波束中心线与地面法线之间的夹角未知，但是大于等于零度，小于90度，以确保雷达能收到地面反射的回波信号)；
S2、雷达接收地面反射的回波信号，并确定地面反射的回波信号中的早达回波时延(t1时刻接收到的回波信号的时延)τ1和晚达回波时延(t2时刻接收到的回波信号的时延)τ2，t1＜t2；
S3、由早达回波时延τ1和晚达回波时延τ2的比值获得地面反射回波时延扩展
Figure BDA0002536477320000021
将地面反射回波时延扩展与设定的阈值cos(2θ)比较，若
Figure BDA0002536477320000022
成立，则获得雷达测高结果为
Figure BDA0002536477320000023
c为光速；否则测高结果为
Figure BDA0002536477320000024
本发明的有益效果在于：
使用本发明提出的方法，不需要平台在飞行过程中保持平稳飞行，有益于平台在机动情况下保持雷达测高的精度。
具体实施方式
实施例
在本例中，空中平台的实际高度为15km，地面反射回波的时延为100微秒，雷达波束宽度为60度(半波束宽度θ为30度)；早达波时延和晚达波时延估计误差服从高斯分布，均值为0微秒，标准差为0.3微秒；雷达波束中心线与地面法线方向的夹角分别为0度、10度、20度、30度、40度和50度时，对比了本发明方法与只利用早达波时延的测高方法的测高均方根误差。
当雷达波束中心线与地面法线方向的夹角分别为0度、10度、20度、30度时，两种方法测高的均方根误差相同，分别为88.80米、83.61米、86.31米和85.88米。
当雷达波束中心线与地面法线方向的夹角分别为40度，只利用早达波时延的测高方法的测高均方根误差为237.52米，本发明方法测高的均方根误差为89.95米，本发明方法的测高精度改善了62.13％。
当雷达波束中心线与地面法线方向的夹角分别为50度，只利用早达波时延的测高方法的测高均方根误差为968.63米，本发明方法测高的均方根误差为87.22米，本发明方法的测高精度改善了91.00％。
综上所述，本发明提供了一种利用地面反射回波时延扩展的雷达测高方法，在雷达发射测高信号的波束中心线与地面法线方向之间的夹角未知的情况下，测高精度更稳健；在雷达发射测高信号的波束中心线与地面法线方向之间的夹角大于半波束宽度的情况下，测高均方根误差更小。在具体实施例子中，雷达波束中心线与地面法线方向的夹角分别为0度、10度、20度、30度、40度和50度时，本发明方法的测高均方根误差分别为88.80米、83.61米、86.31米、85.88米、89.95米和87.22米，而只利用早达波时延的测高方法的测高均方根误差分别为88.80米、83.61米、86.31米、85.88米、237.52米和968.63米。

Claims (1)

1.一种利用地面反射回波时延扩展的雷达测高方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、雷达以已知的波束宽度θ向地面发射测高信号，0<θ<90°；
S2、雷达接收地面反射的回波信号，并确定地面反射的回波信号中的早达回波时延τ1和晚达回波时延τ2；
S3、由回波时延τ1和回波时延τ2的比值获得地面反射回波时延扩展
Figure FDA0002536477310000011
将地面反射回波时延扩展与设定的阈值cos(2θ)比较，若
Figure FDA0002536477310000012
成立，则获得雷达测高结果为
Figure FDA0002536477310000013
c为光速；否则测高结果为
Figure FDA0002536477310000014
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