[發明專利]一種基于輔助陣元的極化MIMO雷達的2D-DOA和極化參數估計方法

有效

• 申請號: 201811132885.5
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109143197B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 鄭桂妹;張棟;黃學宇;宋玉偉;張秦
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 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

本發明公開了一種幅相誤差條件下的極化MIMO雷達角度估計方法，主要解決極化MIMO雷達存在幅相誤差下的目標定位和跟蹤問題。其實現方案為：EMVS組成接收陣列，然后對接收回波進行匹配濾波處理和矢量化操作；計算虛擬陣列的協方差矩陣，并且利用特征分解來獲得信號子空間；利用閉式表達式來獲得RIFs；通過利用特征值和對應的特征矢量的關系來進行相同目標的RIFs的配對；根據配對好的RIFs，進行矢量叉積操作，然后通過歸一化處理得到方向余弦的估計；最后通過方向余弦估計結果來獲得2D?DOA的估計和極化參數的估計。該發明該算法能夠在未知GPU的情況下獲得參數的正確估計，且適用于任意陣列構型，并且由于避免了角度搜索操作，因此具有較低的計算復雜度。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，涉及雷達的到達角估計，具體的說是一種基于輔助陣元的極化MIMO(Multiple-Input?Multiple-Output，多輸入多輸出)雷達的的2D-DOA和極化參數估計方法，可用于幅相誤差條件下的目標定位與跟蹤。

背景技術

MIMO雷達參數估計，可以看作是波形分集的應用，而極化雷達由于極化分集的的優勢也得到了越來越多的關注，MIMO雷達和極化雷達都是陣列信號處理的重要研究方向，所以MIMO雷達和極化雷達的結合會期望帶來更多的好處。基于此，人們針對極化MIMO雷達開始了一系列的研究，例如Jiang提出了發射端采用標量天線，接收端采用交叉偶極子矢量天線的極化MIMO雷達，然后可以通過ESPRIT算法來估計DOD(Direction?of?Departure，離開角)、DOA(Direction?of?Arrival，到達角)和極化狀態角(Polarization?StationAngle,PSA)。Gu等人提出了六分量的電磁矢量感知器(Electromagnetic?Vector?Sensor，EMVS)，該六分量的電磁矢量感知器可以用三個正交的電偶極子和磁環來分別測量入射信號的電場和磁場，因此EMVS可以獲得更完備的電磁矢量信息，來進行參數估計。在Gu的基礎上，Zheng將EMVS擴展到MIMO雷達，它利用空極化域的旋轉不變性提出了一種ESPRIT-like算法來估計2D-DOA和PSA，并且適用于任意陣列構型。

但是上述方法均是基于陣列流形確定已知，并且不存在增益相位誤差(gain?andphase?error,GPU)的假設。在實際的天線生產中存在太多的不確定性，不同天線陣元的幅值和相位增益不可能完全一樣，所以在實際中，增益相位誤差非常普遍，這些都影響到了陣列流形矢量，所以直接應用上述方法，會導致估計性能下降甚至失敗，如何消除這些因素的影響是一個有意義的研究方向。關于陣列的增益相位誤差，存在很多研究工作，例如Wang等人針對準平穩信號，基于Khatri–Rao(K-R)子空間方法提出了一種魯棒的DOA估計算法，可以解決增益相位誤差下的DOA估計問題，Si等人通過利用輔助陣元解決了ULA和均勻圓陣(Uniform?circular?array，UCA)的GPU問題。

但是關于MIMO-EMVS的GPU問題，當前研究的較少，因此，本發明主要解決MIMO-EMVS考慮存在GPU時的2D-DOA估計問題。

發明內容

本發明的目的在于解決MIMO-EMVS的GPU問題，提出一種基于輔助陣元的極化MIMO雷達的2D-DOA和極化參數估計方法，該算法能夠在未知GPU的情況下獲得參數的正確估計，適用于任意陣列構型，并且由于避免了角度搜索操作，因此具有較低的計算復雜度。