[發(fā)明專利]一種雜波環(huán)境中基于稀疏陣列的MIMO雷達寬帶DOA計算方法

有效

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• 申請日: 2019-07-17
• 公開（公告）號: CN110579737B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種雜波環(huán)境中基于稀疏陣列的MIMO雷達寬帶DOA計算方法，屬于信號處理領域。具體為WCSAB，在該方法中，用Capon波束形成來抑制雜波干擾，然后聯(lián)合利用不同窄帶信號信息，用CS方法估計目標DOA。考慮到DOA估計性能不僅與波束形成權重值有關，還與稀疏陣列結構有關，本發(fā)明提出了波束形成權重值和稀疏陣列的聯(lián)合優(yōu)化問題，并給出了一種簡單的算法求解這一優(yōu)化問題。本發(fā)明提出的方法可以提高雜波環(huán)境中目標DOA估計的性能，包括高分辨率和低旁瓣，稀疏陣列降低了系統(tǒng)成本和復雜性，以目標DOA估計的貝葉斯均方誤差(BMSE)為性能評價指標，通過上述算法設計的稀疏陣列結構與窮舉法得到的最優(yōu)稀疏陣列性能相近，且比嵌套陣和互質陣性能更優(yōu)。

技術領域

本發(fā)明屬于信號處理領域，它特別涉及雜波環(huán)境中基于稀疏陣列的MIMO雷達寬帶DOA估計問題。

背景技術

MIMO(Multiple Input Multiple Output)雷達是利用多個發(fā)射天線同步地發(fā)射信號，同時使用多個接收天線接收回波信號，并集中處理的一種新型雷達系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)的相控陣雷達，MIMO雷達具有明顯優(yōu)勢，如更高的分辨率，更好的目標檢測、定位和跟蹤性能，更好的目標參數(shù)估計和識別能力。DOA估計研究是陣列信號處理中的一項重要內容，其應用涉及雷達、通信、聲吶、射電天文、勘測、地震以及生物醫(yī)學等領域。目前已有多種經(jīng)典的DOA估計方法，如多信號分類(Multiple Signal Classification,MUSIC)，基于旋轉不變技術的信號參數(shù)估計(Estimation of Signal Parameters via Rotational invariancetechniques,ESPRIT)等。近年來，壓縮感知(Compressive Sensing,CS)理論得到了國內外學者的廣泛關注，相對于傳統(tǒng)的方法，基于CS的MIMO雷達DOA估計在較少采樣數(shù)據(jù)和低信噪比條件下?lián)碛懈玫墓烙嬓阅堋?/p>

根據(jù)傳統(tǒng)的陣列信號處理理論，為了保證DOA估計的唯一性，陣列中相鄰陣元間距要小于或等于入射信號半波長，滿足這一條件的陣列稱為滿陣。陣列的空間分辨率與陣列孔徑有關，提高分辨率需要增大陣列孔徑，在滿陣中，這意味著需要更多的天線。然而，由于實際中軟硬件資源的約束，天線的數(shù)目通常是受限的。為了增大陣列孔徑，同時不增加天線個數(shù)，稀疏陣列引起了廣泛的關注。當目標在觀測空間是稀疏時，稀疏陣列能夠準確的估計出目標DOA。然而，在雜波環(huán)境中，目標在觀測空間的稀疏性會遭到破壞，從而導致DOA估計性能下降。

考慮到寬帶信號具有信息量大、抗干擾能力強、分辨率高等優(yōu)點，比較有代表性的寬帶DOA估計方法有非相干信號子空間(ISSM)和相干信號子空間(CSSM)等。ISSM將寬帶信號分成頻帶上的多個窄帶信號，然后分別對每個窄帶信號進行處理，最后對所有窄帶信號處理的結果求平均得到最終的估計結果，這種方法計算量大，且在低信噪比時估計性能差。CSSM是通過聚焦將不同頻率窄帶信號的協(xié)方差矩陣變換到一個參考頻率，然后再用窄帶估計方法得到最終結果。但是CSSM需要對目標DOA預估，且性能受預估精度的影響很大。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種雜波環(huán)境中基于稀疏陣列的MIMO雷達寬帶DOA估計方法，具體為WCSAB(wideband compressive sensing after beamforming)，在該方法中，用Capon波束形成來抑制雜波干擾，然后聯(lián)合利用不同窄帶信號信息，用CS方法估計目標DOA。考慮到DOA估計性能不僅與波束形成權重值有關，還與稀疏陣列結構有關，本發(fā)明提出了波束形成權重值和稀疏陣列的聯(lián)合優(yōu)化問題，并給出了一種簡單的算法求解這一優(yōu)化問題。

本發(fā)明技術方案為一種雜波環(huán)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(fā)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；