[發明專利]一種波束-多普勒酉ESPRIT多目標角度估計方法

有效

• 申請號: 201710813630.4
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107783078B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 文才;閆青;彭進業
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S3/00
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 郭偉紅

本發明介紹了一種波一種波束?多普勒酉ESPRIT多目標角度估計方法，主要為解決多目標的波達方向(DOA)估計問題。所述方法的一具體實施方式包括：首先對目標所在距離單元數據進行時域平滑，得到平滑后的L個時域快拍數據，然后采用中心共軛對稱傅里葉變換矩陣將時域快拍數據變換至波束?多普勒域，同時保留旋轉不變結構，最后采用實值酉ESPRIT算法估計目標的DOA。該實施方式充分利用了信號的時域信息來改善空域參數估計性能，精度高且計算復雜度低。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，涉及基于時域平滑技術的波束-多普勒域二維酉ESPRIT算法。

背景技術

波束內多目標的分辨是地基和/或機載預警雷達對主波束內多個目標進行精細跟蹤時需要解決的關鍵問題。多目標編隊飛行時很容易落入同一距離單元或相鄰距離單元，僅依靠脈沖壓縮技術很難從距離上對這些目標進行分離。同時，由于預警雷達的相干積累時間通常較短，僅從多普勒維對徑向速度接近的目標進行分離也很困難。本發明考慮從空間維通過高精度的角度測量來分辨主瓣內的多個目標。

經典測角方法主要包括基于和差波束的比幅測角和多波束比幅測角等方法。但是，當波束內存在多個目標時，傳統測角方法將失效。實際上，可采用空域超分辨技術來實現波束內多目標的分辨。經典的空域超分辨算法主要包括ML、MUSIC、ESPRIT及相應的快速算法。這些超分辨算法只利用了一維空域信息，時域脈沖通常當做快拍來使用，當信號的波達方向夾角很小時，角度估計性能會變差，尤其是在低信噪比、少快拍數時，其性能下降非常嚴重。實際上對于預警雷達來說，目標信號的時域信息(例如各目標多普勒頻率的差異)是可以利用的。在波達方向估計中，利用信號的時域信息，本質上是將空域一維參數估計問題轉化為空時二維參數估計問題，一般情況下，信源間的空間距離會增大。因此，利用信號的時域結構信息，有可能改善空域參數的估計性能，特別是小夾角時的性能。

在空時二維數據結構下，該問題本質上是單快拍多目標超分辨DOA(direction ofarrival，高分辨波達方向)估計問題。可以采用最大似然方法來聯合估計目標的DOA和多普勒頻率，但該方法需要進行二維參數搜索，運算量很大。通過降維最大似然方法降低運算量，將DOA和多普勒頻率聯合估計問題解耦成兩個一維順序優化問題，但是該方法仍然需要一維參數搜索，并且容易收斂到局部最優解。實際上，基于子空間的空域超分辨算法也可以擴展應用于空時二維參數估計，例如二維MUSIC算法，但該算法也需要二維參數搜索。針對通信系統中多載頻信號DOA估計問題，目前也有一些解決的方法，如Lemma AN等人提出基于ESPRIT的角度-頻率聯合估計(JAFE)方法，相對于其他子空間方法，該方法避免了二維參數搜索，運算量得以降低；而基于實數運算的酉-JAFE(U-JAFE)算法，進一步降低了運算量。但傳統JAFE和U-JAFE算法需要在陣元-脈沖域估計信號的協方差矩陣并且進行特征分解，運算量仍然較大(特別當脈沖數和陣元數較多時)。近年來，稀疏信號恢復技術已被廣泛應用于陣列信號處理領域。雖然該技術可擴展應用于空時二維參數估計，并且在低快拍數時具有較好的參數估計性能，但需要求解一個高維的優化問題，計算量也比較大。

發明內容

本發明的目的在于提高DOA估計精度同時兼顧運算量，在單快拍空時二維數據模型下，提出了一種基于時域平滑技術的波束-多普勒域二維酉ESPRIT算法。

實現本發明目的的技術方案是：首先通過時域平滑技術構造多個快拍數據。然采用中心共軛對稱傅里葉變換矩陣將快拍數據變換至波束-多普勒域，同時保留旋轉不變結構，最后采用實值酉ESPRIT算法估計目標的DOA。