[發明專利]基于時空嵌套采樣的低復雜度目標DOD-DOA和多普勒頻率聯合估計算法

在審

• 申請號: 202310436992.1
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116338622A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 占成宏;胡國平;潘曉敏;趙方正;周豪
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/68
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 楊鳳娟

本發明提供了基于時空嵌套采樣的低復雜度目標DOD?DOA和多普勒頻率聯合估計算法，該聯合估計算法包括以下步驟：步驟1：將雙基地MIMO雷達系統配置為時空嵌套采樣模型，利用時空嵌套采樣模型采樣接收信號{xsubgt;q/subgt;(l)}；步驟2：將接收信號{xsubgt;q/subgt;(l)}進行多級延遲采樣得到{y(l)}；步驟3：將接收信號{y(l)}進行匹配濾波得到{y(t)}；步驟4：求解目標的回波信號協方差矩陣R；步驟5：將目標信號協方差矩陣進行矢量化并去冗余，根據得到觀測信號步驟6：對新的觀測信號進行三重Toeplitz矩陣迭代重構，得到虛擬域的等效協方差矩陣Rsubgt;xx/subgt;；步驟7：運用改進的多維ESPRIT算法對目標的DOD?DOA和多普勒頻率參數進行求解。

技術領域

本發明屬于雷達信號處理技術領域，具體涉及一種基于時空嵌套采樣的低復雜度目標DOD-DOA和多普勒頻率聯合估計算法。

背景技術

雙基地多輸入多輸出(Multiple-Input?Multiple-Output，MIMO)雷達具有反偵察、抗干擾、反隱身以及對抗反輻射導彈的潛在優勢，在近些年來受到廣泛關注和研究。雙基地MIMO雷達能夠充分利用時空信息實現對目標的的離波方向角(Direction?ofDeparture，DOD)和波達方向角(Direction?of?Arrival，DOA)以及多普勒頻率等參數進行聯合估計。MIMO雷達獲取目標離波角、波達角以及多普勒頻率參數后，就可以對目標進行交叉定位和跟蹤?，F有的算法大多都是在常規陣列結構雷達基礎上應用傳統超分辨率算法實現目標的DOD、DOA和多普勒頻率等的聯合估計，例如二維MUSIC算法、多維ESPRIT算法以及它們的一些改進算法，但是當對多個目標進行多維參數聯合估計時，這些算法要么復雜度極高不利于實現，要么精度差強人意。為了降低算法復雜度，文獻[1]提出一種降維MUSIC算法(RD?MUSIC)，將二維譜峰搜索轉化為兩次一維譜峰搜索很好的降低了算法復雜度，完成了對目標的DOD和DOA聯合估計。以上算法都可實現對目標DOD和DOA的聯合估計，但未考慮多普勒頻率聯合估計，隨著研究的推進，陸續有學者將收發角聯合估計拓展到收發角和多普勒頻率聯合估計，待估計參數的增多導致算法的復雜度進一步增加，保障估計參數的精度也愈發困難。文獻[2]和[3]通過構建接收信號的時空模型，利用多維ESPRIT算法實現了目標的收發角和多普勒頻率的聯合估計，但該算法復雜度和精度都不高且參數估計需要額外的配對算法。文獻[4]提出一種基于平行因子分析的雙基地MIMO雷達收發角和多普勒頻率聯合估計算法，該算法充分利用接收端的所有信息，采用最小二乘迭代方法求得目標的待估計值且能夠實現參數的自動配對。相比于多維ESPRIT算法，該算法擁有更低的復雜度和更高的參數估計精度。文獻[5]將均勻線性陣列拓展為均勻矩形陣列運用張量分解技術提出一種四維角度和多普勒頻率聯合估計算法，該算法同樣不需要參數配對和多維搜索，但該算法收斂速度慢，易收斂至局部最優，需要通過多組初始值尋找最優解，算法復雜度高。針對平行因子方法需要將發射系數當作先驗知識，文獻[6]提出一種無需該先驗知識的四線性分解算法，該算法通過四線性交替最小二乘迭代(Quadrilinear?AlternatingLeast?Squares，QALS)方法求得目標的收發角和多普勒頻率且無需譜峰搜索和參數額外配對。