[發明專利]基于發射方向圖的集中式MIMO雷達系統功率分配方法

有效

• 申請號: 202110942782.0
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113721236B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 左磊;胡娟;李亞超;李明;孫浩;祿曉飛;高永嬋;全英匯
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/66
• 分類號: G01S13/66
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

1.一種基于發射方向圖的集中式MIMO雷達系統功率分配方法，其特征在于，包括步驟如下：

(1)初始化集中式MIMO雷達系統和運動目標參數：

初始化二維平面內分布有包括N個MIMO雷達S＝{S₁,...,S_n,...,S_N}的集中式MIMO雷達系統和Q個運動目標T＝{T₁,...,T_q,...,T_Q}，集中式MIMO雷達系統的總功率為P_total，第k時刻第n個MIMO雷達S_n對第q個目標T_q的目標方位角為θ_n,q,k,其中，N≥2，Q≥2，2≤k≤K，K≥2；

(2)推導目標T_q的預測條件克拉美羅界：

(2a)計算第k時刻第n個MIMO雷達S_n關于目標方位角θ_n,q,k的導向矢量α_n(θ_n,q,k)，并通過α_n(θ_n,q,k)計算第k時刻S_n對目標T_q的目標方位角θ_n,q,k的導向矢量協方差矩陣B_n(θ_n,q,k)；

(2b)通過第k時刻S_n對目標T_q的目標方位角θ_n,q,k的導向矢量協方差矩陣B_n(θ_n,q,k)，以及第k時刻S_n的發射波形相關矩陣R_n,k、第k時刻S_n對目標T_q量測函數g_n,q,k的雅克比矩陣G_n,q,k、第k時刻S_n對目標T_q的量測噪聲協方差矩陣Σ_n,q,k，構建第k時刻的目標T_q的數據預測條件費希爾信息矩陣

Y_n,q,k＝(Tr(R_n,kB_n(θ_n,q,k)))Σ_n,q,k

其中，Y_n,q,k表示第k時刻S_n對目標T_q的剩余矩陣，即由剩余參數組成的矩陣，[·]^T表示轉置操作，[·]^-1表示求逆操作，Tr(·)表示求跡操作；

(2c)構建第k時刻的目標T_q的先驗信息預測條件費希爾信息矩陣并通過與第k時刻的目標T_q的數據預測條件費希爾信息矩陣構建第k時刻的目標T_q的預測條件費希爾信息矩陣然后對求逆，得到第k時刻的目標T_q的預測條件克拉美羅界

(3)建立基于方向圖設計的集中式MIMO雷達系統功率分配模型：

對第k時刻的目標T_q的預測條件克拉美羅界進行求跡，得到第k時刻的Q個運動目標T的跟蹤誤差集合并以W_k中跟蹤誤差的最大值為目標函數，以第k時刻集中式MIMO雷達系統的總功率小于等于給定的總功率P_total，以及第k時刻每個MIMO雷達S_n的發射功率P_n,k存在上下界為條件，建立基于方向圖設計的集中式MIMO雷達系統功率分配模型ρ₁：

ρ₁:

其中，分別表示第k時刻S_n的發射功率P_n,k的下界、上界，0表示零矩陣，表示(·)是半正定矩陣；

(4)將基于方向圖設計的集中式MIMO雷達系統功率分配模型轉化為半正定規劃問題進行求解：

(4a)引入輔助矩陣D_k，并對D_k進行求跡得到Tr(D_k)，通過Tr(D_k)替代集中式MIMO雷達系統功率分配模型ρ₁中的得到與基于方向圖設計的集中式MIMO雷達系統功率分配模型ρ₁等價的半正定規劃問題ρ₂：

ρ₂:

其中，I₄表示4×4維單位矩陣；

(4b)利用凸優化工具包CVX對半正定規劃問題ρ₂進行求解，得到第k時刻集中式MIMO雷達系統的優化發射波形相關矩陣集合R_k,opt＝{R_1,k,opt,...,R_n,k,opt,...R_N,k,opt}，其中R_n,k,opt表示第k時刻第n個MIMO雷達S_n的優化發射波形相關矩陣；

(5)通過優化發射波形相關矩陣R_n,k,opt計算發射方向圖：

計算第k時刻第n個MIMO雷達S_n關于目標方位角θ_n,q,k的導向矢量α_n(θ_n,q,k)，并通過α_n(θ_n,q,k)和優化發射波形相關矩陣R_n,k,opt計算第k時刻每個MIMO雷達S_n關于目標方位角θ_n,q,k的發射方向圖φ(θ_n,q,k)；

(6)通過發射方向圖獲取集中式MIMO雷達系統的發射功率分配結果：

對發射方向圖φ(θ_n,q,k)進行求跡，得到對第k時刻集中式MIMO雷達系統的發射功率分配結果P_k,opt＝{P_1,k,opt,...,P_n,k,opt,...,P_N,k,opt}，其中P_n,k,opt表示第n個MIMO雷達S_n的發射功率分配結果，P_n,k,opt＝Tr(φ(θ_n,q,k))。