一種雙基地mim0雷達角度的估計方法
2023-11-12 07:05:42
一種雙基地mim0雷達角度的估計方法
【專利摘要】本發明基於結構最小二乘SLS方法，提出了一種用於多輸入多輸出MIM0雷達系統中聯合估計目標離開角度（D0D)和到達角度（D0A)的方法——SLS-ESPRIT算法。利用結構最小二乘法求解旋轉不變性方程，並且迭代最小化信號子空間的估計誤差，提高了信號子空間的估計精度，增強了角度估計性能。並且通過仿真實驗結果證明本發明的方法的有效性。
【專利說明】一種雙基地ΜΙΜΟ雷達角度的估計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及陣列信號處理【技術領域】，尤其涉及一種雙基地ΜΜ0雷達角度的估計 方法。
【背景技術】
[0002] ΜΜ0雷達是將多輸入多輸出技術應用於雷達系統，在傳統的相控陣雷達基礎上發 展起來的一種新型雷達。在ΜΙΜΟ雷達系統中，性能的改善主要得益於其獨特的正交波形匹 配技術以及由此帶來的更加靈活的信號處理方式。估計目標的D0D和D0A是雙基地雷達面 臨的主要問題之一。目前，提出了許多聯合估計D0D和D0A的技術，例如ESPRIT (Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)算法、酉 ESPRIT 算法和 ESPRIT-MUSIC算法等。但是，此類算法都是基於最小二乘的。當兩個子陣有重疊元素時，傳 統的ESPRIT類算法的性能會嚴重下降。這主要是由於ESPRIT算法需要求解一個旋轉不變 等式，但是在這個等式的兩邊噪聲是相關的，傳統的LS方法不能夠有效地壓制相關噪聲。
[0003] 為了克服這個問題，本發明提出一種基於結構最小二乘法（SLS)的ESPRIT算法 (SLS-ESPRIT)，該算法可以有效地壓制這類相關噪聲，從而得到明顯的性能提升。
【發明內容】
[0004] 為了克服這個問題，本發明提出一種基於結構最小二乘法（SLS)的ESPRIT算法 (SLS-ESPRIT)，該算法可以有效地壓制這類相關噪聲，從而得到明顯的性能提升。
[0005] 本發明通過如下技術方案實現：
[0006] -種用於多輸入多輸出（ΜΙΜΟ)雷達系統的聯合估計目標離開角度（D0D)和到達 角度（D0A)的方法，利用了結構最小二乘法求解旋轉不變性方程，迭代最小化信號子空間 的估計誤差；該方法包括以下步驟：
[0007] Α.考慮一具有Μ發射天線和Ν接收天線的雙基地雷達系統，收發天線都是間隔為 半波長的均勻線陣ULA，假設有Ρ個不相關信號，x(t)表示接收樣本數據；
[0008] B.對樣本x(t)的協方差矩陣進行特徵值分解：
[0009]
【權利要求】
1. 一種用於多輸入多輸出（ΜΙΜΟ)雷達系統的聯合估計目標離開角度（DOD)和到達角 度（D0A)的方法，其特徵在於：該方法利用了結構最小二乘法求解旋轉不變性方程，迭代最 小化信號子空間的估計誤差；該方法包括以下步驟： 1) 考慮一具有Μ發射天線和N接收天線的雙基地雷達系統，收發天線都是間隔為半波 長的均勻線陣ULA，假設有Ρ個不相關信號，x(t)表示接收樣本數據； 2) 對樣本x(t)的協方差矩陣進行特徵值分解：
其中，As代表KXK對角矩陣，且對角元素為K個最大的特徵值，ΛΝ包含了剩下的 (ΜΝ-Κ)個最小的特徵值，Es是估計的信號子空間，由Κ個最大的特徵值對應的特徵向量組 成，E N是剩餘特徵向量組成的噪聲子空間估計； 3) 用最小二乘法求解下列旋轉不變方程，得到$,和的初始值
和
用於步驟 5迭代的初始化： JtlEsWt = Jt2Es 和 JrlEsWr = JrA, 其中
IM是MXM的單位陣，
是（M-l) XI維的零向量； 4) 定義如下兩個殘差矩陣
5) 對於第k次迭代，用最小二乘法求解最小二乘問題：
得到AEs,k，ΛΨ〇和ΛΨ#其中
和
6是容差，下標k-Ι表示第k-Ι次迭代，vec{ ·}是向量化函數，I^k、 Rt，k分別表示第k次迭代的誤差矩陣，
為第k次迭代信號子空間的誤差矩陣，
6) 判斷是否滿足
如果滿足則迭代終止，得到 終值
其中K為滿足條件的迭代次數，如果不滿足 則令k = k+1，返回步驟5 ; 7)最終DOD和DOA估計
i = 1，L，K，其中
和
是'
和
的第i個特徵值，d = λ/2。
2. 根據權利要求1所述的估計方法，其特徵在於：當存在超過一個目標時，需要進行配 對處理來決定目標的正確位置，具體為： 令
的特徵值是
和
的特徵值之和，
的第i個 特徵值對應的特徵值為集合!>u，L，u^P}中使下式最小的值 Vt,i+Vr,k-Vtr,ll- f〇r k- 1 = 因此，目標的方位由特徵值
和
聯合決定。
3. 根據權利要求1所述的估計方法，其特徵在於：所述Λ Es，k，Λ 和Λ Ψα的迭代 初始值是任給的一個值。
【文檔編號】G01S7/40GK104215947SQ201410409417
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】錢誠, 黃磊, 蔣雙, 楊雲川 申請人:哈爾濱工業大學深圳研究生院