[發(fā)明專利]基于目標(biāo)空間分集的欠定DOA估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010439647.X
• 申請(qǐng)日: 2020-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN111521968B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳文;唐輝;繆晨;齊世山;陳春紅;汪敏;康煒;楊國(guó);王晶琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S3/72
• 分類號(hào): G01S3/72;G01S3/48;G01S13/58
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發(fā)明公開了一種基于目標(biāo)空間分集的欠定DOA估計(jì)方法，針對(duì)LFMCW體制雷達(dá)。方法包括：利用LFMCW體制雷達(dá)的特性對(duì)每一路陣列天線接收信號(hào)進(jìn)行2維FFT；選擇一路信號(hào)進(jìn)行二維恒虛警率CFAR檢測(cè)以獲取目標(biāo)的距離速度信息；每一路信號(hào)根據(jù)目標(biāo)在距離?速度空間的分布劃分出目標(biāo)子空間；最后對(duì)每個(gè)目標(biāo)子空間分別進(jìn)行DOA估計(jì)。本發(fā)明借助LFMCW雷達(dá)的特性，對(duì)入射目標(biāo)信號(hào)在距離?速度空間進(jìn)行分集，能夠?qū)崿F(xiàn)在陣元數(shù)固定時(shí)估計(jì)出更多的目標(biāo)DOA，提高了陣列的整體性能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的距離?速度?角度的聯(lián)合定位。本發(fā)明測(cè)角精度高，抗噪聲性能好，適用于各種陣列結(jié)構(gòu)，且簡(jiǎn)單易操作，便于工程實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陣列信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及LFMCW陣列雷達(dá)的到達(dá)角估計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種基于目標(biāo)空間分集的欠定DOA估計(jì)方法。

背景技術(shù)

陣列到達(dá)角(DOA:Direction-of-arrival)自上世紀(jì)70年代被提出以來(lái)，一直是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用在雷達(dá)、聲吶、無(wú)線通信及地震傳感等陣列信號(hào)處理領(lǐng)域。Schmidt提出的多重信號(hào)分類算法(MUSIC:Multiple Signal Classification)極大的促進(jìn)了子空間類DOA估計(jì)算法的發(fā)展。常規(guī)的子空間類超分辨率DOA估計(jì)技術(shù)雖然能夠打破瑞利限的約束，但是大多數(shù)算法都要求信源數(shù)小于天線陣元數(shù)，其所能估計(jì)的目標(biāo)數(shù)受到陣列結(jié)構(gòu)的限制。在欠定情況下，即信源數(shù)大于陣元數(shù)時(shí)，該類算法的分辨性能急劇下降，甚至失效。然而在實(shí)際中，由于陣元數(shù)目較少，周邊目標(biāo)較多，欠定問題是陣列系統(tǒng)工作時(shí)常見的情況，特別是采用全向天線時(shí)。研究欠定DOA估計(jì)的意義在于突破陣列物理結(jié)構(gòu)的限制，用較少的陣元數(shù)估計(jì)出較多的目標(biāo)角度，節(jié)約資源。

目前欠定DOA估計(jì)問題的處理方法中，主要是利用入射信號(hào)的特性，通過構(gòu)造陣列流型矩陣，擴(kuò)大陣列虛擬孔徑，從而實(shí)現(xiàn)欠定DOA估計(jì)。文獻(xiàn)“DOA Estimation of Quasi-Stationary Signals With Less Sensors Than Sources and Unknown Spatial NoiseCovariance:A Khatri–Rao Subspace Approach”利用Kronecker積的性質(zhì)提出了一種解決欠定DOA估計(jì)的方法，可以實(shí)現(xiàn)將陣列能估計(jì)的目標(biāo)數(shù)目從N增加到2N-1。但是該方法要求入射信號(hào)為準(zhǔn)平穩(wěn)信號(hào)，故主要應(yīng)用于聲學(xué)領(lǐng)域。文獻(xiàn)“基于NC-MUSIC的實(shí)用超分辨測(cè)向算法研究”利用非圓信號(hào)橢圓協(xié)方差矩陣不為零的特性，提出了一種NC-MUSIC算法，通過改變接收信號(hào)的陣列流型，同樣使得陣列能估計(jì)的信源數(shù)達(dá)到2N-1，但該方法要求接收信號(hào)為非圓信號(hào)。這些方法雖然都能夠解決欠定DOA估計(jì)問題，但實(shí)際上所能估計(jì)出的信源數(shù)目依然是相對(duì)有限，特別是在陣元數(shù)目較少的情況下，而且對(duì)入射信號(hào)的特性要求往往太高，不利于實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問題，提供一種基于目標(biāo)空間分集的欠定DOA估計(jì)方法，能實(shí)現(xiàn)用較少的陣元數(shù)估計(jì)出盡可能多的目標(biāo)數(shù)，提高陣列的整體性能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的距離-速度-角度的聯(lián)合定位，有利于精確定位目標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：基于目標(biāo)空間分集的欠定DOA估計(jì)方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，對(duì)LFMCW雷達(dá)陣列的每一路信號(hào)建立接收數(shù)據(jù)模型；

步驟2，對(duì)每一路信號(hào)進(jìn)行二維FFT變換；

步驟3，選擇一路信號(hào)的二維FFT數(shù)據(jù)進(jìn)行二維恒虛警率CFAR檢測(cè)，獲得目標(biāo)的距離速度信息；

步驟4，每一路信號(hào)根據(jù)目標(biāo)在距離-速度空間的分布劃分目標(biāo)子空間；

步驟5，依據(jù)目標(biāo)子空間重新構(gòu)建LFMCW雷達(dá)陣列的接收數(shù)據(jù)模型；

步驟6，對(duì)每個(gè)目標(biāo)子空間進(jìn)行DOA估計(jì)。

進(jìn)一步地，步驟1所述對(duì)LFMCW雷達(dá)陣列的每一路信號(hào)建立接收數(shù)據(jù)模型，具體過程包括：