1.一种基于复合多径因子估计的加权多频最大似然仰角估计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,确定阵列雷达,所述阵列雷达包括N个天线阵元,所述阵列雷达向其检测范围的目标发射包括Q个频点的信号后接收来自目标的多频复合回波信号,所述目标的多频复合回波信号包括Q个频点回波;其中,N、Q分别为大于或等于1的正整数;步骤2,确定目标距离单元,然后在所述目标距离单元处对目标的多频复合回波信号进行L次数字采样快拍,得到N个天线阵元对Q个频点回波的L次数字采样快拍数据,其中将第n个阵元对第q个频点回波的第l次数字采样快拍数据记为x qn (l),n=1,2,3,…,N,l=1,2,3,…,L,q=1,2,3,…,Q,L为大于或等于1的正整数;步骤3,根据第n个阵元对第q个频点回波的第l次数字采样快拍数据x qn (l),计算第q个频点回波的协方差矩阵估计 步骤4,利用第n个阵元对第q个频点回波的第l次数字采样快拍数据x qn (l),l=1,2,3,…,L,q=1,2,3,…,Q,n=1,2,3,…,N,进而获得多频复合权值矩阵W;步骤4的子步骤为:(4a)对阵列雷达接收到的目标的多频复合回波信号进行M'次奈奎斯特采样,得到M'个不同的距离单元, f s 表示奈奎斯特采样频率,f p 表示雷达向其检测范围内发射信号的脉冲频率, 表示向下取整;所述M'个不同的距离单元中包括目标距离单元且目标距离单元至少是第2次奈奎斯特采样后得到的距离单元;将M'个不同的距离单元按奈奎斯特采样先后顺序排成一行,在目标距离单元左右两侧分别选取 个距离单元作为参考单元,总共选取M个参考单元,每个参考单元都与目标距离单元大小相同,M为大于或等于2且小于或等于M′的正整数,M个参考单元中只含有噪声;进而得到M个参考单元的噪声功率估计值σ 2 :其中,e m 表示第m个参考单元的频点回波电平,m=1,2,3,…,M;(4b)根据第n个阵元对第q个频点回波的第l次数字采样快拍数据x qn (l),构造雷达天线阵列对第q个频点回波的第l次数字采样快拍矢量S q (l):(4c)根据雷达天线阵列对第q个频点回波的第l次数字采样快拍矢量S q (l)和M个参考单元的噪声功率估计值σ 2 ,且令l=1,2,3,…,L,进而根据下式计算第q个频点回波的信噪比snr q 以及第q个频点回波的单频权值w q :其中,i=1,2,3,…,Q,snr i 表示第i个频点回波的信噪比,lg表示以10为底的对数;(4d)根据第q个频点回波的单频权值w q ,按下列方式得到第q个频点回波的单频权值矩阵W q :(4e)根据第q个频点回波的单频权值矩阵W q ,且令i=1,2,3,…,Q,分别得到第1个频点回波的单频权值矩阵W 1 至第Q个频点回波的单频权值矩阵W Q ,然后将第1个频点回波的单频权值矩阵W 1 至第Q个频点回波的单频权值矩阵W Q 沿对角线依次排列,其余元素都为0,进而得到多频复合权值矩阵W:步骤5,利用第q个频点回波的协方差矩阵估计 q=1,2,3,…,Q,进而获得多频回波的复合协方差矩阵估计 步骤6,确定阵列雷达的角度搜索范围[θ α ,θ β ],θ α 表示阵列雷达的角度搜索最小值,θ β 表示阵列雷达的角度搜索最大值;在步骤6中,所述阵列雷达的角度搜索最小值θ α 与所述阵列雷达的角度搜索最大值θ β 关系为:其中,θ x 表示阵列雷达指向角,θ 3dB 表示阵列雷达向其检测范围的目标发射包括Q个频点的信号波束半功率宽度, N表示阵列雷达包括的天线阵元总个数,d表示天线阵元间距,λ表示阵列雷达向其检测范围的目标发射包括Q个频点的信号载频波长,λ=c/f 0 ,c表示光速,f 0 表示阵列雷达向其检测范围的目标发射包括Q个频点的信号载波中心频率;步骤7,从阵列雷达的角度搜索最小值θ α 开始,以设定间隔μ对阵列雷达的角度搜索范围[θ α ,θ β ]进行多次搜索,并根据所述多频复合权值矩阵W和多频回波的复合协方差矩阵估计 得到多次搜索后对应的空间谱值,然后构造空间谱Z,进而得到目标的仰角估计值,所述目标的仰角估计值为基于复合多径因子估计的加权多频最大似然仰角估计结果;步骤7的子步骤为:(7a)初始化:令i表示第i次搜索,i的初始值为1;(7b)计算第i次搜索后的搜索仰角θ 1 和第i次搜索后的反射波入射角θ 2 ,其表达式分别为:θ 1 =θ α +(i-1)μ其中,h r 表示包括N个天线阵元的阵列雷达高度,R表示阵列雷达测出的目标距离, θ 3dB 表示阵列雷达向其检测范围的目标发射包括Q个频点的信号波束半功率宽度;(7c)构造第i次搜索后第q个频点回波矩阵A q :其中, z k 表示第k个阵元相对于参考阵元的位置,参考阵元为阵列雷达中的第1个天线阵元;z k =kd,k=1,2…N-1,d表示阵列雷达中N个天线阵元的间距,c表示光速,f q 表示第q个频点回波的频率;(7d)对第q个频点回波的协方差矩阵估计 进行矩阵分解:其中,λ表示第q个频点回波的协方差矩阵估计 矩阵分解后得到的N个特征值构成的对角矩阵,U表示与第q个频点回波的协方差矩阵估计 矩阵分解后得到的N个特征值对应的N个特征向量组成的酉矩阵,λ s 表示N个特征值中的最大特征值,λ N 表示N个特征值中除去最大特征值外其余(N-1)个特征值组成的对角阵,U s 表示与N个特征值中的最大特征值λ s 对应的特征向量构成的信号子空间,U N 表示与N个特征值中除去最大特征值外其余(N-1)个特征值对应的(N-1)个特征向量构成的噪声子空间,[·] H 表示对矩阵进行共轭转置操作;(7e)估计第i次搜索后第q个频点回波的多径复合因子ξ q :其中,Γ=[0,1],Τ=[1,0] T ,[·] T 表示矩阵的转置;(7f)根据第i次搜索后的搜索仰角θ 1 和第i次搜索后的反射波入射角θ 2 ,以及第i次搜索后第q个频点回波的多径复合因子ξ q ,构造第i次搜索后第q个频点回波的合成导向矢量A s (q):(7g)根据第i次搜索后第q个频点回波的合成导向矢量A s (q),计算得到第i次搜索后第q个频点回波的投影矩阵P q :根据第i次搜索后第q个频点回波的投影矩阵P q ,且令q=1,2,3,…,Q,进而得到第i次搜索后Q个频点回波的复合投影矩阵P:P=[P 1 ,P 2 ,P 3 ,…,P Q ] N×NQ ;根据第i次搜索后Q个频点回波的复合投影矩阵P、多频回波的复合协方差矩阵估计 和多频复合权值矩阵W,计算得到第i次搜索后对应的空间谱值z i :其中,tr(·)表示对矩阵进行取迹操作;(7h)令i的值加1,如果θ 1 ≤θ β ,则返回子步骤(7b);如果θ 1 >θ β ,停止搜索,然后根据第1次搜索后对应的空间谱值z 1 至第i-1次搜索后对应的空间谱值z i-1 ,构造空间谱Z:Z=[z 1 ,z 2 ,z 3 ,…z i-1 ];(7i)设定待求目标仰角为θ,然后通过一维搜索得到目标的仰角估计值θ d :其中, 表示求解空间谱Z取最小值时对应的待求目标仰角θ操作。
2.如权利要求1所述的一种基于复合多径因子估计的加权多频最大似然仰角估计方法,其特征在于,在步骤2中,所述目标距离单元,其确定过程为:对目标的多频复合回波信号进行脉冲压缩处理和动目标检测,确定目标所在距离单元,记为目标距离单元;数字采样快拍的总次数L与阵列雷达包括的天线阵元总个数N大小关系为:L>2N。
3.如权利要求1所述的一种基于复合多径因子估计的加权多频最大似然仰角估计方法,其特征在于,步骤3的子步骤为:(3a)根据第n个阵元对第q个频点回波的第l次数字采样快拍数据x qn (l),且令l=1,2,3,…,L,进而得到第n个阵元对第q个频点回波的第1次数字采样快拍数据x qn (1)至第n个阵元对第q个频点回波的第L次数字采样快拍数据x qn (L),记为第n个阵元对第q个频点回波的L次数字采样快拍数据x qn (1),x qn (2),x qn (3),…,x qn (L);将第n个阵元对第q个频点回波的L次数字采样快拍数据x qn (1),x qn (2),x qn (3),…,x qn (L)按下列方式排列,得到第n个阵元对第q个频点回波的采样矢量y qn :y qn =[x qn (1),x qn (2),x qn (3),…,x qn (L)];(3b)利用第n个阵元对第q个频点回波的采样矢量y qn ,且令n=1,2,3,…,N,进而得到第q个频点回波的采样矩阵Y q :(3c)利用第q个频点回波的采样矩阵Y q ,得到第q个频点回波的协方差矩阵估计 其中,[·] H 表示对矩阵进行共轭转置操作。
4.如权利要求1所述的一种基于复合多径因子估计的加权多频最大似然仰角估计方法,其特征在于,在步骤5中,所述多频回波的复合协方差矩阵估计 是将第1个频点回波的协方差矩阵估计 至第Q个频点回波的协方差矩阵估计 依次排成一列后得到的,其表达式为: