CN103344951A - 一种用于天波mimo-oth雷达的发射信号频率的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于天波MIMO-OTH雷达的发射信号频率的选择方法，属于天波MIMO-OTH雷达技术领域。本发明的方案包括：基于当前探测距离，从当前可用频段中选择初级备选发射信号频率，且所述初级备选发射信号频率所对应的发射信号存在多径传播；从所述初级备选发射信号频率中提取二级备选发射信号频率，所述二级备选发射信号频率对应的发射信号的各回波信号互不相关；计算对应于所述二级备选发射信号频率的各发射信号的分集增益，取M个最大分集增益所对应的发射频率为雷达的发射信号频率，所述M的取值对应于雷达发射天线的个数。本发明的应用，可以使得雷达获得最大的分集增益，有效提升天波MIMO-OTH雷达的检测性能。

Description

一种用于天波MIMO-OTH雷达的发射信号频率的选择方法

技术领域

本发明涉及天波MIMO-OTH雷达技术，特别涉及一种提高天波MIMO-OTH雷达的检测性能的方法。

背景技术

传统天波OTH雷达利用电离层对雷达信号的反射来探测位于视距外的目标。为了能够覆盖800km～3000km的探测范围，天波OTH雷达发射的波束在垂直面上具有较宽的俯仰角，这就使得天波OTH雷达中往往会出现多径传播的现象。根据射线跟踪技术知道，不同俯仰角的信号在电离层中具有不同的传播路径。俯仰角越大，射线照射的地面距离相对越小，不同的俯仰角的射线对应着不同的地面照射距离。但是由于电离层的分层结构，当射线的反射点高度刚好处于两个不同的电离层之间的连接点附近时，射线的照射距离会急剧增加。这就使得不同俯仰角的射线有可能照射到同一个地面区域，使得这个区域产生两个不同的回波，这就是多径传播。多径传播会使雷达对目标个数的判断错误，测量距离误差增大。对于杂波，多径传播将会使得一个杂波单元回波在不同的距离门上都有杂波信号，给目标的检测带来困难。

采用天线分置的MIMO雷达利用了信号从不同的角度照射目标的原理，使得不同天线的发射和接收信号之间相互独立，这些信号经过联合处理后使得雷达获得了空间分集增益，在较高的信杂噪比条件下能够有效提高雷达的检测性能（具体可参考文献：MIMO Radar withWidely Separated Antennas，Alexander M.Haimovich，Rick S.Blum，and Leonard J.Cimini，Jr，IEEE signal processing magazine，Volume25，Issue1，Page(s)：116-129，2008；Spatial Diversityin Radars-Models and Detection Performance，Alexander M.Haimovich，Rick S.Blum，LeonardJ.Cimini，D.Chizhik，IEEE transactions on signal processing，Volume：54，Issue：3，Page(s)：823-838，March2006）。

采用天线共置的MIMO雷达则是利用了发射信号的分集增益来提高雷达的检测性能（具体可参考文献：MIMO radar with colocated antennas，Jian Li，P.Stoic，IEEE signal processingmagazine，Volume：24，Issue：5，Page(s)：106-114，September2007）。将天线共置的MIMO雷达的结构引入传统OTH雷达中来就得到天波MIMO-OTH雷达，因为电离层对于不同俯仰角、不同频率的信号产生的传播路径不同，所以雷达获得了空间分集增益的效果，提高了雷达的检测性能。

电离层MQP模型能够很好的描述电离层的电子浓度随高度的变化趋势。根据MQP模型能计算出射线在电离层中的相关参数，对于天波OTH雷达信号的建模与分析密切相关（可参考文献：A model of the vertical distribution of the electron concentration in the ionosphere and itsapplication to oblique propagation studies，P.L.Dyson and J.A.Bennett，journal of atmosphericand terrestrial physics，Volume：50，Issue：3，Page(s)：251-262，1988）。

当前，对天波OTH雷达的发射信号频率选择的主要原则是：通过频谱检测仪检测当前时段雷达可用的没有干扰的频段，然后根据雷达照射距离在这些可用频段中选择适合当前探测距离的雷达信号发射频率，同时在雷达频率的选择中，会尽量避免使用会出现多径传播的信号频率。而关于提高天波MIMO-OTH雷达的检测性能方面的研究，大部分研究是关于雷达发射信号波形设计，而基于不同发射信号之间的相关性以及雷达信号的频率选择来提高天波MIMO-OTH雷达的检测性能并没有相关的研究。

发明内容

本发明的发明目的在于：基于多径传播的信号频率的相关性及分集增益，选择用于天波MIMO-OTH雷达的发射信号频率，以提高雷达的分集增益，提升其检测性能。

本发明的用于天波MIMO-OTH雷达的发射信号频率的选择方法，包括下列步骤：

基于当前探测距离，从当前可用频段中选择初级备选发射信号频率，且所述初级备选发射信号频率所对应的发射信号存在多径传播；

从所述初级备选发射信号频率中提取二级备选发射信号频率，所述二级备选发射信号频率对应的发射信号的各回波信号互不相关；

计算对应于所述二级备选发射信号频率的各发射信号的分集增益，取M个最大分集增益所对应的发射频率为雷达的发射信号频率，所述M的取值对应于雷达发射天线的个数。

本发明根据雷达照射距离在这些可用频段中选择适合当前探测距离的雷达信号发射频率时，与现有的尽量避免使用会出现多径传播的信号频率的选择原则相反，从可用频段中选取具有多径传播的能到达待探测目标的发射信号频率作为初级备选发射信号频率，然后对所有的初级备选发射信号频率，通过发射到待探测目标以获取对应的波形信号，进而筛选出同一发射信号的各回波信号间互不相关的发射信号所对应的发射信号频率作为二级备选发射信号频率，最后，再基于二级备选发射信号频率所对应的分集增益进行筛选，筛选出M个最大分集增益的发射信号频率作为M个发射天线的发射频率，可以得到不同发射频率的雷达发射信号组合中分集增益最大的组合使得雷达获得最大的分集增益，有效提升天波MIMO-OTH雷达的检测性能。

进一步的，在本发明中，计算对应于所述二级备选发射信号频率的各发射信号的分集增益可以是：发送对应于二级备选发射信号频率的发射信号到探测目标，确定当前发送信号的后向传播路径的条数，则取雷达接收天线的个数与所述后向传播路径的条数的最小项为当前发送信号的分集增益值，所述后向传播路径为对应于当前发射信号的回波信号的传播路径。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：有效提升MIMO-OTH雷达的检测性能。

附图说明

图1是多径传播存在时天波MIMO-OTH雷达信号的传播模式；

图2是在多径传播条件下，同一发射信号由于多径传播，在同一接收天线上的多个回波信号间的相关性曲线；

图3是不同的发射信号在同一个接收天线处接收到的回波信号相关性曲线图；

图4是没有多径传播条件下，不同的发射和接收天线对应的雷达检测概率图；

图5是在多径传播条件下，不同的发射和接收天线对应的雷达检测概率图；

图6是在多径传播条件下，回波信号的相关性对于雷达检测性能的影响示意图；

其中，M表示发射天线个数，N表示接收天线个数，K表示前向传播路径条数（上标对应不同的发射信号1或者2），L表示后向传播路径条数（上标对应不同的发射信号1或者2），delta_x表示探测目标的水平方向的长度，delta_f_m表示发射信号频率差，f_c表示信号频率。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明的具体实现包括下列步骤：

步骤一，基于当前探测距离，从当前可用频段中选择初级备选发射信号频率。

通过频谱检测仪检测出当前空间可用的频谱段，作为雷达的备选发射信号频率，然后再基于探测区域位置，筛选出能满足当前探测距离的发射信号频率作为初级备选发射信号频率，且该初级备选发射信号频率会产生多径传播。在本发明中，可以采用任一成熟技术筛选出满足当前探测距离的发射信号频率，优选的，可以基于电离层MQP模型进行筛选。

为了构建电离层MQP模型，首先利用电离层检测设备对电离层的当前状态进行检测，得到电离层的不同层间的参数：各层的厚度y_m、高度z_m，以及最大电子浓度N_m。

MQP模型的计算公式如公式（1）所示：

其中z是高度，z₀是地球半径，N_e(z)是在高度z上的电子浓度。根据公式（1），可以用以计算雷达回波信号的时延τ以及地面距离R_D、反射高度h等。同时，可以确定不同频率的雷达发射信号s_m(t)从发射天线m照射到探测目标的前向传播路径的信号条数K^m，以及探测目标散射的信号（回波信号）能够被接收天线n收到的后向传播路径的条数L^mn。

步骤二，从初级备选发射信号频率中提取二级备选发射信号频率。

基于大量研究发现，当同一发射信号的各回波信号之间互不相关时，发射信号能获得最大增益值。故在步骤二中，基于发射信号的各回波信号的相关性进行筛选，从初级备选发射信号筛选出各回波信号互不相关的发射信号所对应的发射信号频率作为二级备选发射信号频率。

优选的，本发明通过下列步骤实现对二级备选发射信号频率的提取处理。

（1）建立天波MIMO-OTH雷达的回波信号模型。

假设位于地球表面的探测目标与雷达处于同一垂直面上，例如设定探测目标为Swerling-I型的目标，即探测目标由均匀分布在一个中心为(x₀,y₀)、边长为Δx×Δy的矩形上的无穷多个独立同分布的散射点构成。用U(x,y)来表示位于(x+x₀,y+y₀)处的散射点的反射系数，其中(-Δx/2)≤x≤(Δx/2)，(-Δy/2)≤y≤(Δy/2)，并且U(x,y)是0均值的复高斯随机变量，方差E{|U(x,y)|²}＝1/(ΔxΔy)。在考虑地球曲率的情况下，天波MIMO-OTH雷达信号传播模式见图1，其中第m（m＝1,2,…,M）个发射信号所对应的发射天线的位置为

其发射的信号用s_m(t)表示，λ_m是该信号对应的波长。第n（n＝1,2,…,N）个接收天线的位置为定义

表示发射信号s_m(t)从发射点(x,y)经过第k条前向路径传播到探测目标的点(γ,β)的时延。同样的，

表示信号s_m(t)从点(γ,β)经过第l条后向路径传播到点(x,y)的时延。那么第n个接收天线接收到的第m个发射信号经过第k（k＝1,…,K^m）条前向传播路径和第l（l＝1,…,L^mn）条后向传播路径的回波信号表示为：

其中

表示信号通过第k条前向传播路径、第l条后向传播路径时引入的相位污染，

反映了探测目标的多普勒，E表示发射信号的能量。

在本发明中，所谓前向传播路径指发射信号到探测区域的传播路径，后向传播路径指对应的回波到接收天线的传播路径。

为了对公式（2）进行变换以便于计算，定义

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{lk}}^{\mathrm{mn}}=2\mathrm{\π}{f}_m[{\mathrm{\τ}}_k^m(x_m^t,y_m^t,x_0,y_0)-{\mathrm{\τ}}_1^m(x_m^t,y_m^t,x_0,y_0)+{\mathrm{\τ}}_l^{\mathrm{mn}}(x_n^r,y_n^r,x_0,y_0)-{\mathrm{\τ}}_1^{\mathrm{mn}}(x_n^r,y_n^r,x_0,y_0)]---\left(3\right)$

${\mathrm{\ρ}}_{m,k}={\left\{(4z_0^2-A{C}_m^2)\right[{(h_m^k+z_0)}^2+z_0^2-(h_m^k+z_0)\sqrt{4z_0^2-A{C}_m^2}\left]\right\}}^{0.5}---\left(4\right)$

$o_{\mathrm{mn},l}={\left\{(4z_0^2-B{C}_n^2)\right[{(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)}^2+z_0^2-(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)\sqrt{4z_0^2-B{C}_n^2}\left]\right\}}^{0.5}---\left(5\right)$

其中AC_m表示第m个发射天线到目标中心的直线距离，BC_n表示第n个接收天线到目标的直线距离，

表示第k条前向传播路径的反射点高度，

表示第l条后向传播路径的反射高度。经过相应的计算后，公式（2）可变换为：

其中

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{lk}}^{\mathrm{mn}}={\∫}_{-\frac{\mathrm{\Δx}}{2}}^{\frac{\mathrm{\Δx}}{2}}{\∫}_{-\frac{\mathrm{\Δy}}{2}}^{\frac{\mathrm{\Δy}}{2}}\exp \{-j2\mathrm{\τ}{f}_m[-\frac{(h_k^m+z_0)[\mathrm{\γ}(x_m^t-x_0)+\mathrm{\β}(y_m^t-y_0)]}{c{\mathrm{\ρ}}_{m,k}}$

                                             (7)

$-\frac{(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)[\mathrm{\γ}(x_n^r-x_0)+\mathrm{\β}(y_n^r-y_0)]}{c{o}_{\mathrm{mn},l}}\left]\right\}U(\mathrm{\γ},\mathrm{\β})\mathrm{d\βd\γ}$

表示探测目标在第k条前向传播路径、第l条后向传播路径上探测目标对于信号s_m(t)的反射系数，

反应了传播路径k、l与任一其他传播路径（如第1条前向传播路径，第1条后向传播路径）之间的时延。

（2）计算不同路径回波信号之间的相关性。

参见图2，其给出了处于不同探测距离上的探测目标，同一发射信号由于多径传播，在同一个接收天线上的多个回波信号间的相关性曲线，其中Δx表示探测目标的水平方向上的长度，当探测目标的Δx大于图中的曲线时，各回波信号才是不相关的。分析可得到：随着探测距离的增大，要使回波信号不相关，需要更大取值的Δx；同时，发射信号的频率越大，不同回波信号不相关需要的Δx越小。

参见图3，其显示了不同的发射信号在同一个接收天线处接收到的回波信号的相关性曲线图。基于图3可知，两个发射信号的频率差距越大，其各自的回波信号间不相关所需的Δx越小。

基于上述分析可知，不同传播路径的信号

与

的相关性C由它们的反射系数

与

确定，满足

$C=E\left\{r_{\mathrm{lk}}^{\mathrm{mn}}\left(t\right){\left[r_{l^{\′}{k}^{\′}}^{m^{\′}{n}^{\′}}\left(t\right)\right]}^{*}\right\}=E\left\{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{lk}}^{\mathrm{mn}}{\left({\mathrm{\ϵ}}_{l^{\′}{k}^{\′}}^{m^{\′}{n}^{\′}}\right)}^{*}\right\}---\left(8\right)$

其中，函数E{·}表示取均值，符号“*”表示取共轭，根据相关性的定义，当两个信号的相关性C的值趋于0的时候，认为两个信号是不相关的；而当C的值趋于1的时候，认为这两个信号是存在较强空间相关性的。对公式（8）进行相应的变换后，得到C趋于0的条件是信号

与

的参数满足下面不等式中的一个：

$\frac{(h_{k^{\′}}^{m^{\′}}+z_0)(x_{m^{\′}}^t-x_0)}{{\mathrm{\λ}}_{m^{\text{\′}}}{\mathrm{\ρ}}_{m^{\′},k^{\′}}}+\frac{(h_{l^{\′}}^{m^{\′}{n}^{\′}}+z_0)(x_{n^{\′}}^r-x_0)}{{\mathrm{\λ}}_{m^{\′}}{o}_{m^{\′}{n}^{\′},l^{\′}}}$

                                          (9)

$-\frac{(h_k^m+z_0)(x_m^t-x_0)}{{\mathrm{\λ}}_m{\mathrm{\ρ}}_{m,k}}-\frac{(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)(x_n^r-x_0)}{{\mathrm{\λ}}_m{o}_{\mathrm{mn},l}}>\frac{1}{\mathrm{\Δx}}$

$\frac{(h_{k^{\′}}^{m^{\′}}+z_0)(y_{m^{\′}}^t-y_0)}{{\mathrm{\λ}}_{m^{\′}}{\mathrm{\ρ}}_{m^{\′},k^{\′}}}+\frac{(h_{l^{\′}}^{m^{\′}{n}^{\′}}+z_0)(y_{n^{\′}}^r-y_0)}{{\mathrm{\λ}}_{m^{\′}}{o}_{m^{\′}{n}^{\′},l^{\′}}}$

                                        (10)

$-\frac{(h_k^m+z_0)(y_m^t-y_0)}{{\mathrm{\λ}}_m{\mathrm{\ρ}}_{m,k}}-\frac{(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)(y_n^r-y_0)}{{\mathrm{\λ}}_m{o}_{\mathrm{mn},l}}>\frac{1}{\mathrm{\Δy}}$

其中，

表示第m个发射天线的第k条前向传播路径的反射高度，

表示第m个发射天线的第l条后向传播路径的反射高度，

表示第m′个发射天线的第k′条前向传播路径的反射高度，

表示第m′个发射天线的第l′条后向传播路径的反射高度。

通过上面的公式，可以计算出不同路径的上的雷达回波信号之间的相关性。由上面的公式可以看出，不同传播路径的信号之间的相关性主要由探测目标的位置、天线位置以及信号频率、信号反射高度这几个参数确定。对于一个给定的探测目标，当两个回波信号的传播路径之间的相差越大，这两个信号的参数越有可能满足上面的两个不等式，两个信号也就越趋于不相关。

步骤三，计算对应于所述二级备选发射信号频率的各发射信号的分集增益。本步骤可以是现有的任一方法实现。

本具体实施方式的优选方式为：信号s_m(t)的提供的分集增益g_m的取值为：g_m=min{N,L^mn}，具体分析如下：

根据雷达信号模型，由于电离层多径传播的影响，第n个接收天线接收到的发射信号s_m(t)产生的所有回波信号应当满足

                                      (11)

其中τ_mn表示信号s_m(t)经过任一传播路径（如第1条前向传播路径，第1条后向传播路径）发射到第n个接收天线的时延。对于均匀线性阵列的接收天线，同一探测目标反射信号在不同的接收天线上的接收信号是很难满足不相关的条件的，所以认为它们是线性相关的，所以可令

L^m1＝…＝L^mN＝L^m。因为是线性均匀接收阵列，假设第l后向传播路径的俯仰角度为

那么

n＝1,2,…,N，其中c表示光速，则公式（11）可化简为：

                                           (12)

在公式（12）中，w_n(t)表示接收天线n收到的信号中的杂波加噪声成份。因为发射信号是相互正交的，将第n个接收天线上的接收信号r_n(t)通过匹配滤波器

得到：

其中w_mn是杂波和噪声通过匹配滤波器的输出。

$a_{\mathrm{mn}}={\left[\begin{array}{cccc}{a}_{\mathrm{mn}11}& a_{\mathrm{mn}12}& \·\·\·& a_{\mathrm{mn}{L}^m{K}^m}\end{array}\right]}^T$

k＝1,2,…,K^m,l＝1,2,…,L^m

${\mathrm{\ϵ}}_m={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ϵ}}_{11}^m& {\mathrm{\ϵ}}_{12}^m& \·\·\·& {\mathrm{\ϵ}}_{L^m{K}^m}^m\end{array}\right]}^T$

上面公式中取近似，是因为对于同一个雷达发射信号，在电离层中传播导致的多条路径之间的差别不会太大，它们的角度

相差很小，使得不同路径上的目标多普勒

相差很小。

将所有接收天线的接收信号通过第m个发射信号对应的匹配滤波器，其输出结果排列成一个列向量r′_m

r′_m＝[r′_m1 r′_m2 … r′_mN]^T

＝[a_m1 a_m2 … a_mN]^Tε_m+[w_m1 w_m2 … w_mN]^T

＝A_mε_m+w_m

其中

A_m＝[a_m1 a_m2 … a_mN]^T

w_m＝[w_m1 w_m2 … w_mN]^T

将所有的M个匹配滤波输出r′_m排列成一个列向量r′，就得到了天波MIMO-OTH雷达***接收信号模型：

$r^{\′}={\left[\begin{array}{cccc}{r}_1^{\′T}& r_2^{\′T}& \·\·\·& {r_M^{\′}}^T\end{array}\right]}^T$

$=\sqrt{\frac{E}{M}}\mathrm{Diag}\{A_1,A_2,\·\·\·,A_M\}{\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ϵ}}_1^T& {\mathrm{\ϵ}}_2^T& \·\·\·& {\mathrm{\ϵ}}_M^T\end{array}\right]}^T$

                                                   (13)

$+{\left[\begin{array}{cccc}{w}_1^T& w_2^T& \·\·\·& w_M^T\end{array}\right]}^T$

$=\sqrt{\frac{E}{M}}\mathrm{A\ϵ}+w$

其中

A＝Diag{A₁,A₂,…,A_M}  (14)

$\mathrm{\ϵ}={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ϵ}}_1^T& {\mathrm{\ϵ}}_2^T& \·\·\·& {\mathrm{\ϵ}}_M^T\end{array}\right]}^T---\left(15\right)$

$w={\left[\begin{array}{cccc}{w}_1^T& w_2^T& \·\·\·& w_M^T\end{array}\right]}^T---\left(16\right)$

Diag{*}表示块对角排列。

根据文献“Qian He, R. S. Blum. Diversity gain for MIMO radar employing nonorthogonalwaveforms[C]. 2010 4th International Symposium on Communications, Control and SignalProcessing (ISCCSP), Limassol, 2010, 1-6”中的引理，可以证明天波MIMO-OTH雷达中发射信号s_m(t)所提供的分集增益g_m满足

g_m≤min{N,L^mn}  (17)

公式（17）中，当第m个信号对应的所有回波信号之间都是不相关的时候，等号成立，g_m取得最大值，这就是该频率的信号能够给雷达***提供的最大分集增益。当回波信号之间并不是完全不相关的时候（存在相关性），公式（17）取小于符号。所以需要先通过公式（9）和（10）判定回波信号之间的相关性，然后再得到该频率的信号的分集增益。在本发明中，为了使得各发射天线的发射信号所对应的分集增益取到最大值，故提取的各二级备选发射信号频率的所对应的发射信号的各回波信号互不相关。从而直接取雷达接收天线的个数与发射信号的后向传播路径条数两者中的最小项为当前发送信号的分集增益值。

步骤四，基于二级备选发射信号频率的各发射信号的分集增益，取前M个最大分集增益值所对应的发射信号频率为作为天波MIMO-OTH雷达发射信号频率组合。

根据公式（17）的结论，天波MIMO-OTH雷达***的分集增益g满足

$g\≤\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{g}_m=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\min \{N,L^{\mathrm{mn}}\}---\left(18\right)$

其中M是发射天线个数，N是接收天线个数，L^mn是第m个发射信号的后向传播路径的条数。当ε中的元素相互独立时，雷达能够得到最大的分集增益。

对比惯用的避免选择多径传播的发射信号频率，本发明的天波MIMO-OTH雷达能够获得最佳的检测性能的分析如下：

参见图4，图中给出了在没有多径传播条件下，不同的发射和接收天线对应的雷达检测概率图，图中曲线的斜率正好等于雷达的分集增益。基于图5可知，随着信杂噪比的提高，雷达的漏检概率P_M越来越小，对应雷达的检测性能越好。增大雷达的发射天线个数能够增大雷达的分集增益，提高雷达的检测性能，但是增大接收天线的个数不能增大雷达的分集增益。

图5则给出了在多径传播条件下，不同的发射和接收天线对应的雷达检测概率图（图中曲线的斜率正好等于雷达的分集增益），基于图6可知，增大后向传播路径的条数能够增大雷达的分集增益，但是增大前向路径上的传播路径条数却不能增大雷达的分集增益。

而图6则给出了在多径传播条件下，信号的相关性对于雷达检测性能的影响对比图，图中，各曲线斜率是雷达的分集增益。可以看出，当回波信号之间都不相关时，雷达的分集增益最大，当回波信号之间存在相关性时，雷达的分集增益变小。所以本发明通过选择发射信号的各回波信号之间互不相关所对应的发射信号频率作为天波MIMO-OTH雷达的备选发射频率，能够使雷达***获得最大的分集增益，从而获得最佳的检测性能。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种用于天波MIMO-OTH雷达的发射信号频率的选择方法，其特征在于，包括下列步骤：

基于当前探测距离，从当前可用频段中选择初级备选发射信号频率，且所述初级备选发射信号频率所对应的发射信号存在多径传播；

从所述初级备选发射信号频率中提取二级备选发射信号频率，所述二级备选发射信号频率对应的发射信号的各回波信号互不相关；

计算对应于所述二级备选发射信号频率的各发射信号的分集增益，取M个最大分集增益所对应的发射频率为雷达的发射信号频率，所述M的取值对应于雷达发射天线的个数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算对应于所述二级备选发射信号频率的各发射信号的分集增益为：

发送对应于二级备选发射信号频率的发射信号到探测目标，确定当前发送信号的后向传播路径的条数，则取雷达接收天线的个数与所述后向传播路径的条数的最小项为当前发送信号的分集增益值，所述后向传播路径为对应于当前发射信号的回波信号的传播路径。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于电离层MQP模型，从当前可用频段中选择满足当前探测距离的发射信号频率作为初级备选发射信号频率。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，确定发射信号的各回波信号互不相关的计算公式为：

$\frac{(h_{k^{\′}}^{m^{\′}}+z_0)(x_{m^{\′}}^t-x_0)}{{\mathrm{\λ}}_{m^{\′}}{\mathrm{\ρ}}_{m^{\′},k^{\′}}}+\frac{(h_{l^{\′}}^{m^{\′}{n}^{\′}}+z_0)(x_{n^{\′}}^r-x_0)}{{\mathrm{\λ}}_{m^{\′}}{o}_{m^{\′}{n}^{\′},l^{\′}}}-\frac{(h_k^m+z_0)(x_m^t-x_0)}{{\mathrm{\λ}}_m{\mathrm{\ρ}}_{m,k}}-\frac{(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)(x_n^r-x_0)}{{\mathrm{\λ}}_m{o}_{\mathrm{mn},l}}>\frac{1}{\mathrm{\Δx}},$

其中，

表示第m个发射天线的第k条前向传播路径的反射高度，

表示第m个发射天线的第l条后向传播路径的反射高度，n表示接收天线，

表示发射天线m的水平坐标，

表示接收天线n的水平坐标，λ_m表示发射天线m所对应的发射信号的波长，z₀表示地球半径，x₀表示探测区域的中心位置的水平坐标；

参数 ${\mathrm{\ρ}}_{m,k}={\left\{(4z_0^2-A{C}_m^2)\right[{(h_m^k+z_0)}^2+z_0^2-(h_m^k+z_0)\sqrt{4z_0^2-A{C}_m^2}\left]\right\}}^{0.5},$

参数 $o_{\mathrm{mn},l}={\left\{(4z_0^2-B{C}_n^2)\right[{(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)}^2+z_0^2-(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)\sqrt{4z_0^2-B{C}_n^2}\left]\right\}}^{0.5},$

其中AC_m表示第m个发射天线与探测区域的中心位置(x₀,y₀)的直线距离，BC_n表示接收天线n与探测区域的中心位置(x₀,y₀)的直线距离；

Δx表示探测区域在水平方向的长度。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，确定发射信号的各回波信号互不相关的计算公式为：

$\frac{(h_{k^{\′}}^{m^{\′}}+z_0)(y_{m^{\′}}^t-y_0)}{{\mathrm{\λ}}_{m^{\′}}{\mathrm{\ρ}}_{m^{\′},k^{\′}}}+\frac{(h_{l^{\′}}^{m^{\′}{n}^{\′}}+z_0)(y_{n^{\′}}^r-y_0)}{{\mathrm{\λ}}_{m^{\′}}{o}_{m^{\′}{n}^{\′},l^{\′}}}-\frac{(h_k^m+z_0)(y_m^t-y_0)}{{\mathrm{\λ}}_m{\mathrm{\ρ}}_{m,k}}-\frac{(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)(y_n^r-y_0)}{{\mathrm{\λ}}_m{o}_{\mathrm{mn},l}}>\frac{1}{\mathrm{\Δy}},$

其中，

表示第m个发射天线的第k条前向传播路径的反射高度，

表示第m个发射天线的第l条后向传播路径的反射高度，n表示接收天线，

表示发射天线m的垂直坐标，

表示接收天线n的垂直坐标，λ_m表示发射天线m所对应的发射信号的波长，z₀表示地球半径，y₀表示探测区域的中心位置的垂直坐标；

参数 ${\mathrm{\ρ}}_{m,k}={\left\{(4z_0^2-A{C}_m^2)\right[{(h_m^k+z_0)}^2+z_0^2-(h_m^k+z_0)\sqrt{4z_0^2-A{C}_m^2}\left]\right\}}^{0.5},$

参数 $o_{\mathrm{mn},l}={\left\{(4z_0^2-B{C}_n^2)\right[{(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)}^2+z_0^2-(h_l^{\mathrm{mn}}+z_0)\sqrt{4z_0^2-B{C}_n^2}\left]\right\}}^{0.5},$

其中AC_m表示第m个发射天线与探测区域的中心位置(x₀,y₀)的直线距离，BC_n表示接收天线n与探测区域的中心位置(x₀,y₀)的直线距离；

Δy表示探测区域在垂直方向的长度。

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