[發明專利]一種陣元失效條件下的MIMO雷達成像方法

有效

• 申請號: 201610131702.2
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105785361B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 陳金立;周運;李家強
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 母秋松,董建林

技術領域

本發明涉及一種陣元失效條件下的MIMO雷達成像方法，屬于 MIMO雷達成像技術領域。

背景技術

MIMO(Multiple Input Multiple Output,多輸入多輸出)雷達作為一種新體制雷達技術，最近受到科研人員的高度關注和研究。與傳統的相控陣雷達相比，MIMO雷達能顯著提高參數的可識別能力和角分辨率，提高波束設計的靈活性；具有更優的目標檢測性能和參數估計性能；通過虛擬天線擴展陣列孔徑，提升目標可識別數目的上限。

目標成像已成為MIMO雷達系統發展的重要分支之一。近年來，壓縮感知(compressed sensing，CS)理論廣泛地應用于MIMO雷達目標成像中。壓縮感知是一種新的數據壓縮、重構理論和算法，可以從少量的非自適應隨機投影測量值中獲得較高概率的信號重構。在實際雷達探測場景中，目標個數僅占據少量的分辨單元，所以接收到的回波信號是稀疏的。因此，可以使用CS理論處理MIMO雷達成像問題。

文獻[1]提出基于迭代加權l_q最小化的MIMO雷達成像方法，該方法通過建立加權l_q最小化的MIMO雷達成像模型，并利用拉格朗日乘數法求解出每次迭代中的目標場景向量的閉式解，能以較高的精度重構出目標的三維像。為了提高MIMO雷達成像的實時性，文獻[2]研究了基于SL0算法的MIMO雷達成像方法，該方法利用更加陡峭的雙曲正切函數來代替高斯函數以逼近l₀范數，為了避免最速下降法存在的“鋸齒現象”和收斂速度慢的缺點，采用修正牛頓法進行求解近似 l₀范數最小化問題，提高了MIMO雷達的成像精度和速度。

為了提高成像質量，MIMO雷達一般采用較大的信號帶寬以提高目標距離分辨力，此時傳統均勻采樣時需要較高的采樣速度，而數據存儲速度與采樣速度又相差近100倍，巨大的速度不匹配會導致數據溢出丟失，影響雷達系統的整體性能，因此均勻采樣對雷達系統的硬件要求很高；而對回波信號進行非均勻采樣能明顯降低硬件系統的要求，但是存在采樣數據的丟失，導致MIMO雷達的成像誤差較大。矩陣填充(Matrix Completion，MC)是在壓縮感知理論基礎上發展起來的一種新技術，它能有效將非均勻采樣的回波矩陣恢復成完整的均勻采樣數據矩陣。MIMO雷達的回波信號通常以矩陣形式表示，如果信號矩陣滿足低秩性要求，即該矩陣的特征值具有稀疏特性，則可通過采集矩陣的部分元素恢復出完整的信號矩陣。文獻[3]研究了基于矩陣填充技術的MIMO雷達目標參數估計算法，該算法對每個接收天線用少量字典波形進行匹配濾波或者對接收信號進行非均勻采樣，然后將結果傳到融合中心，在融合中心利用矩陣填充技術恢復出完整的信號矩陣，然后采用MUSIC(Multiple Signal Classification，多重信號分類)算法從恢復出來的信號矩陣中估計出目標的DOA和多普勒頻率。

在實際環境中，由于惡劣的自然環境、人為的干擾和硬件的使用壽命等眾多影響，可能會出現MIMO雷達的部分接收天線關閉或損壞，已關閉或損壞的接收陣列天線將無法獲得目標回波數據，這種情況定義為陣元失效。在陣元失效情況下，接收天線輸出信號為零，此時 MIMO雷達回波信號矩陣中對應失效陣元位置處存在整行元素的丟失情況即整行元素為零，從而導致信號矩陣不再具有強不相干性，因此無法利用矩陣填充技術將非均勻采樣的數據恢復成完整的均勻采樣數據，導致MIMO雷達成像存在一定程度的惡化。

[1]Gong P,Shao Z.Target estimation by iterative reweighted l_qminimization for MIMO radar[J].Signal Processing,Signal Processing,2014,101:35-41.

[2]Feng J J,Zhang G,Wen F Q.MIMO Radar Imaging Based on Smoothed Norm[J].M Mathematical Problems in Engineering, 2015,2015:1-10.

[3]Sun,S,Bajwa,W.U,Petropulu,A.P.MIMO-MC Radar:A MIMO Radar Approach Based on Matrix Completion[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2015,51(3):1839-1852.

發明內容