[發明專利]一種基于低秩和稀疏先驗的MIMO雷達DOA估計方法

有效

• 申請號: 202110684107.2
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113391260B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 陳金立;付善騰;陳宣;李家強
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14;G01S7/41
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種陣元失效下基于低秩和稀疏先驗的MIMO雷達DOA估計方法，具體提出一種聯合利用低秩和稀疏先驗信息的完整協方差矩陣重構方法，對待恢復的協方差矩陣建立低秩和稀疏雙先驗聯合約束模型，充分利用協方差矩陣行間和列間元素的相關性以及行內和列內元素的相關性，有效恢復陣元失效下MIMO雷達協方差矩陣中整行整列的缺失元素，提高DOA估計性能；采用SCAD懲罰函數作為稀疏促進函數，通過等正弦空間稀疏化方式劃分粗網格空間構建字典，在確保在粗網格劃分下字典中相鄰行之間產生的模型誤差對矩陣中缺失數據恢復精度不靈敏的基礎上降低算法運算復雜度。本發明方法能有效提高陣元失效下的MIMO雷達目標DOA估計性能并具有較高的實時性及廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及MIMO雷達DOA估計領域，尤其涉及一種陣元失效下基于低秩和稀疏先驗的MIMO雷達快速DOA估計方法。

背景技術

多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)雷達利用多個發射天線同時發射相互正交信號，多個接收天線接收目標回波信號并對其進行匹配濾波器處理，大大增加了虛擬陣元數，從而獲得更大的陣列自由度和陣列孔徑。與傳統相控陣雷達相比，MIMO雷達在抑制干擾、提高空間分辨率和增強參數可辨識性等方面具有明顯地優勢，從而得到眾多學者的廣泛關注。

波達方向(Direction of Arrival，DOA)估計是MIMO雷達信號處理中的重要研究內容，許多有效的DOA算法已被提出，例如多重信號分類(Multiple SignalClassification，MUSIC)算法、Capon算法、旋轉不變技術的信號參數估計(Estimation ofSignal Parameters via Rotational Invariance Technique,ESPRIT)算法和基于稀疏表征類的DOA估計算法等。在實際應用中，隨著陣列規模的不斷擴大，在惡劣自然環境、人為干擾和陣元老化等因素的影響下，擁有較多收發天線的MIMO雷達不可避免地出現陣元失效問題。由于發射陣列中的失效陣元無法正常發射信號，而接收陣列的失效陣元不能有效接收目標的回波信號，因此MIMO雷達經過匹配濾波后所形成的虛擬陣列中存在大量失效虛擬陣元，致使虛擬陣列協方差矩陣出現大批整行整列的數據缺失，從而破壞陣列數據結構完整性，這不僅會減少最大可識別目標數，而且會嚴重降低DOA估計性能。由于陣列結構復雜，失效陣元不易替換維修，尤其在航空航天、戰場等應用背景下無法及時修復，因此如何有效恢復MIMO雷達中故障陣元的缺失數據來補償失效陣元帶來的不利影響顯得尤為重要。