[發(fā)明專利]基于四階累積量的單基地MIMO雷達(dá)分布式目標(biāo)角度估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410153039.7
• 申請(qǐng)日: 2014-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103926573B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉;王犇;劉琦;李欣;黃平;王冠男;司佳希;馬躍華;王慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/41
• 分類號(hào): G01S7/41
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種雷達(dá)信號(hào)處理方法，具體說(shuō)是一種單基地多輸入多輸出MIMO雷達(dá)系統(tǒng)的分布式目標(biāo)角度估計(jì)方法。

背景技術(shù)

受到多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)在通信領(lǐng)域得到成功應(yīng)用的影響，提出了是具有高參數(shù)估計(jì)精度和強(qiáng)生存能力新體制雷達(dá)。與傳統(tǒng)雷達(dá)相比，MIMO雷達(dá)利用多個(gè)發(fā)射通道發(fā)射相互正交的編碼信號(hào)，利用多個(gè)接收通道進(jìn)行匹配濾波處理，因而具有了多通道獲取信息的能力，同時(shí)產(chǎn)生了虛擬陣元，大大地?cái)U(kuò)展了陣列孔徑，使得MIMO雷達(dá)具有很高的目標(biāo)檢測(cè)性能。此外由于MIMO雷達(dá)陣列天線可以根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行靈活布置，可以是收發(fā)分置的雙基地雷達(dá)，也可以是收發(fā)共置的單基地雷達(dá)，使得MIMO雷達(dá)具有很強(qiáng)的生存能力。

目標(biāo)角度估計(jì)是MIMO雷達(dá)信號(hào)處理的一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容，目前國(guó)內(nèi)外很多研究學(xué)者已經(jīng)提出了多種針對(duì)MIMO雷達(dá)的目標(biāo)估計(jì)算法。在文獻(xiàn)MIMO雷達(dá)DOD和DOA聯(lián)合估計(jì)算法（航空學(xué)報(bào)：2012,33(1):1-9）和基于單次快拍的雙基地MIMO雷達(dá)多目標(biāo)估計(jì)方法（電子與信息學(xué)報(bào)：2013,35(5):1149-1155）中，這些算法都是基于點(diǎn)目標(biāo)假設(shè)，在實(shí)際情況中，信號(hào)在傳播過(guò)程中總會(huì)由于多徑、散射等因素早稱信號(hào)能量不集中，入射角在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)特定的統(tǒng)計(jì)分布，信源空間分布發(fā)生拓展，使得點(diǎn)目標(biāo)假設(shè)不再準(zhǔn)確，需要給出分布式目標(biāo)模型。文獻(xiàn)雙基地MIMO雷達(dá)相干分布式目標(biāo)快速角度估計(jì)算法（電子與信息學(xué)報(bào)：2011,33(7):1684-1687）提出了一種分布式目標(biāo)的快速角度估計(jì)方法，首先建立了相干分布式目標(biāo)信號(hào)模型，并證明了相干分布式目標(biāo)的導(dǎo)向矢量具有Hadamard積旋轉(zhuǎn)不變性，利用該特性得到了對(duì)相干分布式目標(biāo)的二維收發(fā)中心角的估計(jì)。但是該方法是在基于高斯白噪聲的假設(shè)下完成的，不能夠抑制高斯色噪聲，因此在高斯色噪聲的情況下，該方法的性能會(huì)急劇下降，且該算法不能夠估計(jì)出分布式目標(biāo)的擴(kuò)展角度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種即使在色噪聲環(huán)境下對(duì)中心波達(dá)方向角仍有很高的估計(jì)精度，且能夠估計(jì)出分布式目標(biāo)的擴(kuò)展角度、實(shí)現(xiàn)中心波達(dá)方向角與擴(kuò)展角的自動(dòng)配對(duì)的基于四階累積量的單基地MIMO雷達(dá)分布式目標(biāo)角度估計(jì)方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

(1)M個(gè)收發(fā)共置的天線陣元，發(fā)射端發(fā)射相互正交的相位編碼信號(hào)，接收端接收相互正交的相位編碼信號(hào)，每個(gè)收發(fā)陣元的間距均為半波長(zhǎng)；

(2)接收端每個(gè)接收陣元的匹配濾波器對(duì)接收到的正交信號(hào)進(jìn)行匹配濾波進(jìn)行分離，得到分布式目標(biāo)接收信號(hào)矩陣；

(3)利用得到的分布式目標(biāo)接收信號(hào)矩陣，計(jì)算接收信號(hào)的四階累積量矩陣；

(4)對(duì)四階累積量矩陣進(jìn)行特征值分解，求得相互正交的信號(hào)子空間與噪聲子空間，利用多重信號(hào)分類算法構(gòu)造空間譜函數(shù)；

(5)利用二維譜峰搜索計(jì)算分布式目標(biāo)角度，即中心波達(dá)方向角角和擴(kuò)展角。

本發(fā)明還可以包括：

1、所述的分布式目標(biāo)接收信號(hào)矩陣按如下方法得到：

(1)接收陣列接收到的第q個(gè)發(fā)射脈沖重復(fù)周期的回波信號(hào)表示為：

式中P是目標(biāo)個(gè)數(shù)，α_pq是第p個(gè)目標(biāo)在第q個(gè)發(fā)射脈沖重復(fù)周期的雷達(dá)截面反射系數(shù)，為接收導(dǎo)向矢量，λ為載波波長(zhǎng)，是分布式目標(biāo)確定性信號(hào)分布函數(shù)，s(t)是發(fā)射的正交編碼信號(hào)，N_q(t)是高斯色噪聲；

(2)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，式表示為：

式中在快拍個(gè)數(shù)是Q時(shí)，得到分布式目標(biāo)信號(hào)接收矩陣：

^式中

2、所述的四階累積量矩陣構(gòu)造按如下進(jìn)行：

(1)對(duì)于n×1維接收信號(hào)x，其四階累積量由下式確定：