[發明專利]基于張量子空間和譜峰搜索的MIMO雷達角度估計算法

有效

• 申請號: 201611039392.8
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106610483B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 文方青;陳偉國;李修權;張磊;王可
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: G01S3/46
• 分類號: G01S3/46;G01S3/74;G01S7/42
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙) 42212
• 代理人: 胡清堂

本發明公開了一種基于張量子空間和譜峰搜索的MIMO雷達角度估計算法，其通過構建接收數據的三階張量模型，進而構建張量數據的高階協方差張量模型，充分挖掘陣列信號的內部相關結構；然后對張量數據進行HOSVD，并構建新的信號子空間，從而獲取高精度的噪聲子空間；最后利用導引矢量和噪聲子空間的正交特性進行譜峰搜索獲取配對的DOD與DOA，無需進一步進行配對計算。本發明所述MIMO雷達角度估計算法，其利用接收信號的內部相關結構，且無需首先估計GPE，角度估計精度更高、可靠性更強，從而獲得更為精確的目標DOD與DOA，為進一步對探測目標的相關處理提供更合理的參考。

技術領域

本發明涉及一種雷達信號處理技術，具體的說涉及一種基于張量子空間和譜峰搜索的MIMO雷達角度估計算法。

背景技術

MIMO雷達是下一代雷達的發展方向，相比傳統相控陣雷達系統，MIMO雷達在分辨率、抗衰落性、可辨識性以及抑制噪聲等方面具有潛在的優勢。根據MIMO 雷達收發陣元配置的不同，可以將MIMO雷達劃分為兩類：統計MIMO雷達和共址MIMO雷達。其中，統計MIMO雷達采樣分布式收發陣元配置，其可以有效的抑制目標的閃爍效應；共址MIMO雷達中的發射陣元和接收陣元往往相距較近，這種雷達可以獲得高精度的目標方位信息。本發明主要關注雙基地MIMO雷達，其為共址雷達的重要一類。

波離角(Direction of Departure,DOD)與波達角(Direction of Arrival) 估計是雙基地MIMO雷達目標定位的主要任務之一，角度估計問題目前已被廣泛研究。典型的角度估計算法有多重譜峰分類(Multiple Signal Classification， MUSIC)算法、基于旋轉不變技術的參數估計(Estimation Method of Signal Parameters via Rotational，ESPRIT)算法、傳播算子(Propagator Method) 算法、高階子空間分解(Higher OrderSingular Value Decomposition，HOSVD) 算法、平行因子(Parallel Factor，PARAFAC)算法、基于稀疏表示的估計算法等等。上述算法只適用于理想條件下MIMO雷達角度估計，在實際工程中，由于各個陣元放大器增益的不一致，陣列接收信號會存在增益-相位誤差(Gain-Phase Error，GPE)。在存在GPE下，傳統的角度估計算法性能會嚴重下降，甚至是完全失效。MIMO雷達中的GPE問題已經引起部分學者的注意，目前已經有一部分學者提出相關的解決算法。按照角度估計時是否需要估計GPE，可以將現有算法劃分為兩大類——需要估計GPE的角度估計算法以及無需估計 GPE的角度估計算法。前者的典型代表有MUSIC-Like算法(劉小莉，廖桂生.雙基地MIMO雷達多目標定位及幅相誤差估計[J].電子學報，2011，39(3): 596-601)、ESPRIT-Like算法(Y.D.Guo,Y.S.Zhang,N.N.Tong.Esprit-like angleestimation for bistatic MIMO radar with gain and phase uncertainties[J],Electronics Letters,2011,47(17):996-997)、PM-Like 算法(C.Chen,X.F.Zhang.Jointangle and array gain-phase errors estimation using PM-like algorithm forbistatic MIMO radar[J],Circuits System Signal Process,2013,32(3):1293-1311)以及PARAFAC-Like算法 (J.Li,X.F.Zhang,X.Gao.A joint scheme for angle and arraygain phase error estimation in bistatic MIMO radar[J],IEEE Geoscience andRemote Sensing Letters.2013,10(6):1478-1482)。這類算法首先要獲得 GPE的相關信息，而角度估計對GPE敏感，因而不準確的GPE將會導致角度估計的誤差較大。典型的無需估計GPE的算法主要有改進的ESPRIT(I-ESPRIT)算法(J.Li,M.Jin,Y.Zheng,G.Liao,Transmit and receive array gain phase error estimation in bistatic MIMO radar[J],IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2015,14:32-35)和降維MUSIC(RD-MUSIC) 算法(J.Li,X.Zhang,R.Cao,et al.Reduced-dimension music for angleand array gain-phase error estimation in bistatic MIMO radar[J],IEEECommunications Letters,2013,17(3):443-446.)。但是I-ESPRIT只利用了兩個已校準的發射和接收陣元的接收數據，參數估計過程中需要估計噪聲的相關信息，而且該算法需要額外的配對所估計的參數。RD-MUSIC算法采用特征值分解(Eigenvalue Decomposition，EVD)獲取子空間，但其對GPE不敏感，且適用于非均勻線性陣列，對已校準陣元的位置也不敏感，因而是一種優秀的角度估計算法。但是RD-MUSIC忽略了陣列接收信號的內部多維結構，其參數估計性能仍然有待提高。盡管PARAFAC-Like利用了陣列信號的多維結構，但是其首先獲取對GPE的估計，而且其GPE估計的誤差存在累積效應，特別是在低信噪比條件下，角度估計的誤差特別大。