基於多測量矢量稀疏表示的mimo雷達連續目標角度估計方法
2024-01-26 16:22:15 1
基於多測量矢量稀疏表示的mimo雷達連續目標角度估計方法
【專利摘要】本發明公開了一種能夠提高單基地MIMO雷達角度估計性能的基於多測量矢量稀疏表示的MIMO雷達連續目標角度估計方法。包括以下幾個步驟：獲取單基地MIMO雷達的接收信號；對接收信號進行降維處理；對降維後的接收信號稀疏表示，建立完備字典；對字典矩陣進行劃分，設計權矩陣；求得單基地MIMO雷達稀疏化框架下的接收信號，求解稀疏矩陣通過尋找稀疏矩陣中非零行獲得目標的波達角DOA。本發明具有良好的角度估計性能，同時對於連續目標同樣有效，在沒有正確估計目標數目情況下也能夠具有良好估計性能。
【專利說明】基於多測量矢量稀疏表示的MIMO雷達連續目標角度估計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於單基地MMO雷達【技術領域】，特別涉及一種能夠提高單基地MMO雷達角度估計性能的基於多測量矢量稀疏表示的MMO雷達連續目標角度估計方法。
【背景技術】
[0002]多輸入多輸出，multiple-1nput multiple-output,簡稱ΜΙΜΟ,雷達在雷達領域引起了很大的關注，成為目前一個熱門研究課題，MMO雷達相比於傳統相控陣雷達具有很多潛在的優勢。根據發射陣列和接收陣列的結構可以將MMO雷達分為兩類:一種是統計MMO雷達，它的發射陣列和接收陣列是廣泛空間分布的，以獲得連續處理增益進而解決目標閃爍問題(IEEE Signal Processing Magazine, 2008, 25 (I):116-129)。另外一種是相干MMO雷達(IEEE Signal Processing Magazine, 2007, 24 (5):106-114)，包括收發分置雙基地MMO雷達，還有發射陣列和接收陣列是緊密空間分布的單基地MMO雷達。相干MMO雷達能夠獲得比真實孔徑大的虛擬孔徑，因此它能夠獲得精確的角度估計。
[0003]在過去幾年，MMO雷達角度估計問題受到人們的廣泛關注，已經提出了一些MMO雷達角度估計算法，包括旋轉不變子空間(ESPRIT)算法(ElectronicsLetters:2008,44(12):770-771)和平行因子分解算法(IEEE Tansactions on SignalProcessing:2010:58(11))。為了提高角度估計精度，利用虛擬陣列的特殊結構，提出了 RD-ESPRIT(Electronics Letters:2011,47(4):283-284)和 RD-Capon 算法(IETRadar, Sonar and Navigation:2012,8(8):796-801),角度估計性能得以提升。利用陣列結構的空域分集特性，提出了 DOA估計的發射波空間能量集中技術(IEEE Transations onSignal Processing:2011,59(6):2669-2682)，使得每個接收天線的SNR增益獲得最大值，因此角度估計性能明顯提升。然而，上述提到的大多數方法都是基於子空間技術，它們在很大程度上依賴一個精確的協方差矩陣估計以及目標數的正確判斷，在連續目標情況下則失效。
[0004]最近，稀疏表示在統計信號分析和參數估計領域獲得人們很大的關注，使得應用稀疏重構的DOA估計方法得到了很大的發展。相繼提出一些新方法，比如用協方差進行DOA估計其中包括協方差矩陣(IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems,2013,49(3):1710-1724)和協方差矢量(IEEE Transaction on Signal Processing,2011,59(2):629-638)的稀疏表示。提出關於信號測量矢量(SMV)問題的加權I1-範數最小化迭代算法，大權值用來處罰那些在接收信號中接近於零的元素，小的權值用來保護那些大的兀素(Journal of Fourier Analysis and Applications, 2008,14 (5):877-905)。然而，MMO雷達DOA估計通常遇到多測量矢量問題，這時迭代算法就不再適用了 ；另一方面，在MIMO雷達重構稀疏矩陣時需要二維字典矩陣，這帶來很大的計算複雜度，甚至可能導致稀疏矩陣無法恢復。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種具有高估計性能的基於多測量矢量稀疏表示的MIMO雷達連續目標角度估計方法。
[0006]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0007]基於多測量矢量稀疏表示的MIMO雷達連續目標角度估計方法，包括以下幾個步驟，
[0008]步驟一:獲取單基地MMO雷達的接收信號；
[0009]步驟二:對接收信號進行降維處理；
[0010]步驟三:對降維後的接收信號稀疏表示，建立完備字典；
[0011]對波達角DOA稀疏採樣
【權利要求】
1.基於多測量矢量稀疏表示的MIMO雷達連續目標角度估計方法，其特徵在於:包括以下幾個步驟， 步驟一:獲取單基地MMO雷達的接收信號； 步驟二:對接收信號進行降維處理； 步驟三:對降維後的接收信號稀疏表示，建立完備字典； 對波達角DOA稀疏採樣P,, S2,…,4* L >> P, 建立波達角DOA的完備字典為:
2.根據權利要求1所述的基於多測量矢量稀疏表示的MIMO雷達連續目標角度估計方法，其特徵在於:所述的單基地MIMO雷達系統具有M個發射天線和N個接收天線的均勻線陣，單基地MMO雷達的接收信號為:
3.根據權利要求2所述的基於多測量矢量稀疏表示的MIMO雷達連續目標角度估計方法，其特徵在於:所述的對接收信號進行降維處理的過程為: 單基地MIMO雷達的收發導向矢量為:
Uf(O) Φ?,ΑΟ) = Gb(G) G是降維轉換矩陣:-J0-G= Λ! eC 樹—則ι? b ( Θ )是導向矢量:
b ( θ ) = [1，exp (j Ji sin Θ p)，…，exp (j Ji (M + N-2) sin Θ p) ]T，
其中 Jm- [ΟνΧπι，In，Onx (m-111-1)]，m — 0，I，…，M_1， 設定矩陣f = ghg，得到:F = diag l92f…,Μ?η(Μ，ιτ?η(Μ，N)，"」2，l
^............................-V...........................................J
LΛ/ m flJ 降維後的接收信號為:
Y= WX = r(1/2)FBS+WN = F(1/2)BS+WN
其中 W 為降維矩陣，W = F_帽Gh，B = [b ( Θ J，b ( Θ 2)，…，b ( θ p)]。
4.根據權利要求3所述的基於多測量矢量稀疏表示的MIMO雷達連續目標角度估計方法，其特徵在於:所述的劃分字典矩陣乂為兩個部分，表示為Bf ]? Bf由可能目標的導向矢量b(0p)構成，P= (1，2，…，P)，Bf由字典矩陣1#中剩下的導向矢量構成， 權矩陣D為:
D = Cliag(W)^ 其中權向量 亭;1Bl=Oii R U..:.V:R.:Bf]
=[W",，WU,]Rr是接收數據Y的協方差矩陣，代表W(1)每行I2範數的列向量，胃+f代表W⑵每行I2範數的列向。
5.根據權利要求4所述的基於多測量矢量稀疏表示的MIMO雷達連續目標角度估計方法，其特徵在於:所述的單基地MIMO雷達稀疏化框架下的接收信號為:
Ysv=YVj= F1.H S.其中稀疏矩陣I=S義，nw=mtf氣€C〃為最大的P個特徵值對應的右奇異特徵向量組成的矩陣， 稀疏矩陣^滿足I1-範數約束最小化問題: min|DSf[ s.1.|Ysv—為通過二階錐編程求解 稀疏矩陣i|，尋找稀疏矩陣的非零行獲得目標的波達角DOA。
【文檔編號】G01S7/41GK103983958SQ201410206187
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】王偉, 王鹹鵬, 劉婧, 劉琦, 李欣, 黃平, 王慧, 王犇, 陳錚 申請人:哈爾濱工程大學