一種非圓信號雙基地mimo雷達低複雜度收發角度聯合估計方法
2024-01-26 14:05:15
一種非圓信號雙基地mimo雷達低複雜度收發角度聯合估計方法
【專利摘要】本發明提出了一種非圓信號雙基地MIMO雷達低複雜度收發角度聯合估計方法。首先，本發明根據MIMO雷達接收信號的非圓特性擴展觀測數據，使MIMO雷達虛擬陣元擴大一倍；然後，根據多級維納濾波的前後遞推公式將觀測數據分成兩個正交部分，分別作為下一級多級維納濾波的期望信號和觀測數據矢量；利用預濾波矩陣構成新的信號子空間和噪聲空間；最後，利用擴展的ESPRIT技術估計出目標發射角DOD；再利用DOD的估計值，用非圓ROOTMUSIC技術估計出目標接收角DOA；DOD和DOA二維參數自動配對，得到多個目標相對於發射端的目標發射角和相對於接收端的目標接收角。本發明利用非圓信號特性增大了MIMO雷達的虛擬孔徑，實現了可識別目標的最大化，運算複雜度低，且不需要額外的配對過程。
【專利說明】一種非圓信號雙基地MIMO雷達低複雜度收發角度聯合估
計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及雷達【技術領域】，特別涉及一種非圓信號雙基地MIMO雷達低複雜度收發角度聯合估計方法。
【背景技術】
[0002]近年來，基於多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)通信理論形成的MIMO雷達，引起了廣泛的關注。由於MIMO雷達可以在接收端利用波形分集技術和空間分集技術處理反射回的信號，相較於傳統的相控陣雷達，MIMO雷達擁有更多的自由度，更強的參數識別能力(IEEE Tansactions on Signal Processing:2006, 54 (10): 3873-3883 ;IEEE Signal Processing Magazine:2008, 25 (I): 116-129),更高的角度估計精度和角度解析度等潛在的優勢(IEEE Signal Processing Magazine:2007, 24 (5):106-114)。
[0003]目標波離方向(direction of departure, DOD)和波達方向(direction ofarrival, DOA)的聯合估計問題是雙基地MIMO雷達目標參數估計中的一個重要研究內容，文獻(EURASIP Journal on Advances in Signal Processing:2008:8)米用基於 Capon算法的二維空間譜峰搜索來估計DOD和D0A，該算法需要進行二維空間譜峰搜索，計算量較大。為了減輕繁重的計算負擔，文獻(Electronics Letters:2008,44(12):770-771)利用發射陣列和接收陣列旋轉不變性的ESPRIT算法對DOD和DOA進行估計，但是該算法需要額外的配對過程。文獻(Electronics Letters =2008,44(24):1422-1423)研究了發射陣列和接收陣列ESPRIT算法的關係，然後使它們自動配對。文獻(Electronics Letters:2011:47(15):876-878)提出了一種有效的波束域ESPRIT的DOD和DOA估計算法，但是當波束域轉換成非常低的維數時，角度估計性能顯著降低。文獻(Signal Processing:2010:90:2723-2730)利用多項式求根技術提出了一種DOA和DOA能自動配對的算法，但是當發射天線和接收天線數量增加時，求取多項式的根變得很費時。文獻(Electronics Letters:2010:46(15):1081-1083)提出了一種聯合ESPRIT-MUSIC的目標發射角和接收角角度估計算法，不需要配對，與文獻(Signal Processing:2010:90:2723-2730)相比，計算時間顯著減少。
[0004]但是,上述方法很少關注MIMO雷達系統採樣信號的特性。文獻(Proceedings ofthe IET Waveform Diversity and Digital Radar Conference:2008:London,UK:1-6)指出非圓信號(二進位相鍵控BPSK，M進位振幅鍵控MASK)在MMO雷達系統中具有潛在優勢，例如改善DOA估計,雷達探測,抗幹擾等。在文獻(Proceeding of the7th intarnationalworkshop on systems, signal processing and their application:2011:Tipaze:51-54)中，考慮了基於非圓信號的MMO雷達，利用非圓信號ESPRIT-R00TMUSIC(NC_ESPRIT-R00TMUSIC)算法估計DOD和D0A，角度估計性能得到明顯改善。由於該算法中的觀測數據矩陣由麗X I維擴展成2麗X I維，所以對觀測協方差矩陣進行估計和特徵分解的計算量變得相當大，M、N分別是發射陣元和接收陣元個數。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提出了一種低複雜度的ESPRIT-ROOT-MUSIC算法進行DOD和DOA聯合角度估計的方法。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:
[0007](I)根據雙基地MIMO雷達接收信號的非圓特性，擴展觀測數據；
[0008](2)通過多級維納濾波的前後遞推公式，將觀測數據分成兩個正交部分，分別作為下一級多級維納濾波的期望信號和觀測數據矢量；
[0009]所涉及的前向遞推公式為:
【權利要求】
1.一種非圓信號雙基地MIMO雷達低複雜度收發角度聯合估計方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)根據雙基地MIMO雷達接收信號的非圓特性，擴展觀測數據； (2)通過多級維納濾波的前後遞推公式，將觀測數據分成兩個正交部分，分別作為下一級多級維納濾波的期望信號和觀測數據矢量； 所涉及的前向遞推公式為:
h =e [xM (t)<, (t)]/ |卜(t)<, (t)| 4⑴O)
Xi (t) = Xh (t)-hidi (t) 式中，Iii是第i次多級維納濾波前向遞推中的匹配濾波權值矢量，其中，i =1,2,...,D ；Xi (t)是第 i次多級維納濾波前向遞推中的觀測數據矢量噸(t)是第i次多級維納濾波前向遞推中的期望信號第i次多級維納濾波前向遞推中的期望信號，其中c^t)是從需要波形的訓練數據中得到的參考信號； 所涉及的後向遞推公式為: 匕丨⑴=</』)-—⑴ 式中，Wi是第i次多級維納濾波後向遞推中的標量權值，e^t)是第i次多級維納濾波後向遞推中的誤差信號；其中，i =D，D-l，...，l，eD(t) =dD(t)； (3)利用預濾波矩陣構成新的信號子空間和噪聲空間； 生成的信號子空間表達式為:
Es = span [h1； h2,..., hp] 生成的信號噪聲子空間表達式為:
En spBn [hp+i，hp+2，...，h麗] 式中，P是目標數，Es是信號子空間，En是噪聲子空間，M、N分別是發射陣元和接收陣元個數； 所生成的噪聲子空間En與擴展收發導向矢量正交，滿足/π(θ)/π(φ)(/、,Ν?)/_(φ)/_(θ)=0 式中，/(Φ)= Λ iU( Λ，/(θ)—m iP、* ; L O Μηφ(ψ) ?/N)J Ya (0)(a(t)ejp) _ (4)利用擴展的ESPRIT技術估計出目標發射角DOD； 所需的目標發射角DOD，由矩陣.辦=diag([eww'...,^2"/1Ksin」)的對角元素信息得到，涉及的DOD表達式為: <PP = arcsin(—~
Indt 式中，A是波長；Yp是對角矩陣Ot的第P個對角線上的元素；所涉及的矩陣Ot滿足: H2G= Π^Φ,
式中，
【文檔編號】G01S7/285GK103983952SQ201410206190
【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, 劉琦, 李欣, 黃平, 王慧, 王犇, 梁棟 申請人:哈爾濱工程大學