[發(fā)明專利]基于發(fā)射方向圖的集中式MIMO雷達系統(tǒng)功率分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110942782.0
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113721236B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）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(yè)專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發(fā)明提出了一種基于發(fā)射方向圖的集中式MIMO雷達系統(tǒng)功率分配方法，實現(xiàn)步驟為：初始化集中式MIMO雷達系統(tǒng)和運動目標參數(shù)；推導每個目標的預(yù)測條件克拉美羅界；建立基于方向圖設(shè)計的集中式MIMO雷達系統(tǒng)功率分配模型；將基于方向圖設(shè)計的集中式MIMO雷達系統(tǒng)功率分配模型轉(zhuǎn)化為半正定規(guī)劃問題進行求解；通過優(yōu)化發(fā)射波形相關(guān)矩陣集合計算發(fā)射方向圖；通過發(fā)射方向圖獲取集中式MIMO雷達系統(tǒng)的發(fā)射功率分配結(jié)果。本發(fā)明通過優(yōu)化發(fā)射波形相關(guān)矩陣可以實時地調(diào)整發(fā)射方向圖峰值方向，使得發(fā)射方向圖峰值對準需要跟蹤的目標，充分有效地利用了每個集中式MIMO雷達波束的跟蹤能力，有效提高了目標的跟蹤精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達系統(tǒng)資源管理與優(yōu)化的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于發(fā)射方向圖的集中式MIMO雷達系統(tǒng)功率分配方法，可用于在有限雷達功率資源預(yù)算條件下的資源分配，最大限度地提高雷達的跟蹤能力。

背景技術(shù)

多輸入多輸出(Multiple?Input?Multiple?Output,MIMO)雷達具有多個發(fā)射和接收天線，各發(fā)射天線可以發(fā)射不同信號，這使得MIMO雷達具有波形分集的優(yōu)勢。根據(jù)天線的間距，通常將MIMO雷達分為分布式MIMO雷達和集中式MIMO雷達。對于分布式MIMO雷達，收發(fā)天線間距足夠大，可以從不同的視角觀測目標，各發(fā)射天線發(fā)射相互正交的信號，各接收天線回波間保持相互獨立的統(tǒng)計特性，可以克服目標閃爍效應(yīng)，從而提高目標檢測性能；集中式MIMO雷達具有與相控陣雷達類似的布陣方式，天線間距較小。但由于集中式MIMO雷達的波形分集優(yōu)勢，相比相控陣雷達具有更高的自由度，可以獲得更高的角度分辨率，更好的參數(shù)辨別能力、抗截獲能力。

理論上，各個集中式MIMO雷達的發(fā)射功率越大，各個目標的跟蹤性能越好；隨著集中式MIMO雷達個數(shù)增加，集中式MIMO雷達系統(tǒng)的發(fā)射總功率會逐漸增大；為了使雷達系統(tǒng)的發(fā)射總功率不超過硬件的可承受范圍，需要限制集中式MIMO雷達系統(tǒng)的總發(fā)射功率。因此，為了更好的對多目標進行跟蹤就需要合理分配系統(tǒng)有限的發(fā)射資源。目前，針對功率分配的工作很多，但大多集中于單個MIMO雷達平臺，例如，申請公布號為CN110109093A,名稱為“多目標跟蹤的集中式MIMO雷達自適應(yīng)資源管理方法”的專利申請，公開了一種單個MIMO雷達在保證目標正常跟蹤的條件下，通過自適應(yīng)地向發(fā)射波束分配功率的方法，用于提高目標的跟蹤精度，該方法首先通過目標成功照射作為限制來選擇可行子陣劃分，根據(jù)目標跟蹤誤差最小化原則，自適應(yīng)地分配集中式MIMO雷達功率。該方法存在的不足之處是，MIMO雷達的每個波束的方向圖是固定的，不能根據(jù)目標的運動信息實時地對方向圖峰值進行調(diào)整，導致對目標的跟蹤精度下降，且單個集中式MIMO雷達通過子陣劃分形成多個波束，每個波束只能跟蹤一個目標，當目標的數(shù)量增加時，需要大量的天線來形成多個波束去跟蹤每一個目標，由于物理環(huán)境因素限制，雷達的天線數(shù)量不能無限制的增加，因此單個MIMO雷達的對目標的跟蹤精度會大幅降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種基于發(fā)射方向圖的集中式MIMO雷達系統(tǒng)功率分配方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的跟蹤精度較低的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案包括如下步驟：

(1)初始化集中式MIMO雷達系統(tǒng)和運動目標參數(shù)：

初始化二維平面內(nèi)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(tǒng)和Q個運動目標T＝{T₁,...,T_q,...,T_Q}，集中式MIMO雷達系統(tǒng)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(yù)測條件克拉美羅界：