[發明專利]一種雜波環境中基于稀疏陣列的MIMO雷達寬帶DOA計算方法

有效

• 申請號: 201910646812.6
• 申請日: 2019-07-17
• 公開（公告）號: CN110579737B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 何茜;任剛強
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14;G01S7/02;G01S7/41
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

1.一種雜波環境中基于稀疏陣列的MIMO雷達寬帶DOA計算方法，該方法包括：

步驟1：設發射天線位置確定，放置接收天線的可行域為[0,D_r]，為了簡化分析，將可行域以間隔Δ_r離散化為N_r個格點，且有N個接收天線放置在其中一些格點上，N＜＜N_r；

步驟2：建立MIMO雷達回波信號模型，得到回波信號時域采樣數據n＝1,...,N_r和p＝1,...,L，其中p表示時域快拍，L為快拍數；

步驟3：對接收信號進行L點離散傅里葉變換得到頻域數據，即并將N_r個格點的數據表示成矢量形式，即其中p＝1,...,L，l＝1,...,L；

步驟4：將目標角度觀測區域離散化為G個格點θ₁,...,θ_G，K＜＜G，其中K表示目標個數，將信號模型表示成稀疏形式：

y[l]＝Φ[l]x+c[l]+u[l]

其中這里a_r(θ,f_l)表示接收導向矢量，f_l表示頻率點，a_t(θ,f_l)表示發射導向矢量，s[l]表示頻域發射信號，x＝[x₁,...,x_G]^T是K稀疏的，也就是x只有K個非零元素，且非零元素的值和位置為目標反射系數和DOA，c[l]表示雜波，u[l]表示噪聲；

步驟5：將波束形成權重矢量w_g,l作用到y[l]上得到波束形成輸出結果：

將r_g,l表示成矢量：

r＝[r_1,1,...,r_G,1,...,r_1,L,...,r_G,L]^T

＝W_rΦx+W_rc+W_ru

其中權值矩陣W_r＝Diag{W₁,...,W_l,...,W_L}是一個塊對角矩陣，g＝1,...,G，l＝1,...,L；

且有Φ＝[Φ^T[1],...,Φ^T[L]]^T，c＝[c^T[1],...,c^T[L]]^T表示雜波，u＝[u^T[1],...,u^T[L]]^T表示噪聲；

步驟6：基于CS理論，通過基尋蹤去噪來重構稀疏向量x；

其中η≥0是正則化參數；

步驟7：對步驟6得到的解中的元素值按照從大到小排序，排序后各個元素相應的格點表示為{θ₍₁₎,...,θ_(G)}，那么DOA估計結果可以表示為；

步驟8：基于最小化貝葉斯均方誤差求解最優W_r，建立以下優化問題

s.t.W_r＝Diag{W₁,...,W_L}

||W||₀＝N

W＝[w_1,1,...,w_1,L,...,w_G,1,...,w_G,L]

其中，真實目標的DOA矢量θ_T是隨機的，表示對θ_T求期望，表示θ_T確定時，DOA估計的均方誤差，w_g,l表示權重矢量，其中g＝1,...,G，l＝1,...,L；

步驟9：優化求解步驟8提出的問題，得到最優的W_r。

2.如權利要求1所述的一種雜波環境中基于稀疏陣列的MIMO雷達寬帶DOA計算方法，其特征在于所述步驟9的具體方法為：

步驟9.1：初始化：迭代次數j＝1，根據公式計算波束形成權重值其中R_c(f_l)為雜波c[l]的協方差矩陣；在每次迭代過程中，隨機產生一組格點選擇矢量{z₁,...,z_α}，對于給定的z；

步驟9.2：重復步驟9.3到步驟9.6的迭代過程：

步驟9.3：隨機產生一組格點選擇矢量{z₁,...,z_α}；

步驟9.4：根據公式w_g,l＝z⊙ξ_g,l計算并構成

根據公式計算r_g,l，將r_g,l表示成矢量r；

將和r代入公式得到x重構結果和目標DOA估計結果

根據公式得到BMSE

步驟9.5：基于最小BMSE得到

步驟9.6：根據基于更新中相應的權重值得到并令j＝j+1；其中為Dc[l]的協方差矩陣，其中，z_op為格點選擇矢量，c[l]為雜波；

步驟9.7：當時，迭代停止，輸出最優天線選擇e₀為事先設定的閾值。