L型陣列mimo雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供L型陣列MIMO雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法，包括如下步驟：L型陣列由兩個相互垂直的均勻線陣組成，陣元間距均為半個波長，兩線陣各有M個和N個陣元，所有陣元都為收發(fā)共置陣元，發(fā)射正交窄帶信號，接收信號通過匹配濾波處理，得到大孔徑虛擬陣列的回波信號；設(shè)計降維矩陣，對回波信號進(jìn)行降維處理；對降維信號的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解，得到二維空間譜函數(shù)；解耦二維空間譜函數(shù)中的二維角度，對其中一維角度進(jìn)行空間譜估計；將得到的空間譜估計值回代空間譜函數(shù)，對另一維角度進(jìn)行多項(xiàng)式求根估計；根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，求得目標(biāo)的方位角和俯仰角。本發(fā)明大大降低了算法的運(yùn)算復(fù)雜度，有利于雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時處理。
【專利說明】L型陣列MIMO雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種空間目標(biāo)二維角度快速估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多輸入多輸出(MultipleInput Multiple Output, ΜΙΜΟ)雷達(dá)的概念源于 ΜΙΜΟ通信系統(tǒng)，具有多個發(fā)射天線和多個接收天線，且發(fā)射信號彼此正交，在接收端通過匹配濾波技術(shù)進(jìn)行信號分離處理，形成大孔徑虛擬陣列，從而提高了目標(biāo)角度估計的分辨率，增加了雷達(dá)系統(tǒng)的自由度。MMO雷達(dá)主要分為共址MMO雷達(dá)和統(tǒng)計MMO雷達(dá)，共址MMO雷達(dá)的陣列結(jié)構(gòu)與相控陣?yán)走_(dá)相似，目標(biāo)回波信號通過接收端的匹配濾波器組處理后的信號模型與傳統(tǒng)的陣列信號模型類似，從而可以將傳統(tǒng)陣列信號處理的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到此類MMO雷達(dá)中，從而獲得更大的系統(tǒng)自由度，更高的空間分辨率和更好的參數(shù)估計性能；統(tǒng)計MIMO雷達(dá)發(fā)射天線陣元間距很大,各發(fā)射天線陣元發(fā)射彼此正交的信號波形,從空間不同的角度照射目標(biāo)，使得目標(biāo)對每個發(fā)射接收通道呈現(xiàn)獨(dú)立的散射特性，在空間形成發(fā)射天線-目標(biāo)-接收天線構(gòu)成的空間多通道，從而克服目標(biāo)閃爍，進(jìn)而提高目標(biāo)的檢測性能和參數(shù)估計能力。
[0003]對于MMO雷達(dá)參數(shù)估計的研究，目前主要集中在均勻線陣MMO雷達(dá):Zhang X等在IET Radar, Sonar&Navigation期刊的2012年第6卷第8期的796頁至801頁提出了一種基于均勻線陣單基地MMO雷達(dá)的降維Capon算法，該算法利用均勻線陣的降維矩陣將接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到低維空間進(jìn)行運(yùn)算，從而減小了運(yùn)算復(fù)雜度。Zhang X等在IEEECommunications Letters期刊的2010年第14卷第12期的1161頁至1163頁提出了 一種基于均勻線陣雙基地MMO雷達(dá)的降維MUSIC算法，該算法將目標(biāo)回波信號中的DOD(Direction of Departure)和 DOA (Direction of Arrival)解稱，從而將二維空間譜估計降為一維空間譜估計，降低了算法的運(yùn)算復(fù)雜度。以上兩種方法都基于均勻線陣MMO雷達(dá)，只能估計目標(biāo)與天線陣列的一維角度，無法對目標(biāo)進(jìn)行空間定位。謝榮等在系統(tǒng)工程與電子技術(shù)期刊的2010年第32卷第I期的49頁至52頁提出了一種L型陣列單基地MMO雷達(dá)的設(shè)計方案，利用Capon算法對目標(biāo)進(jìn)行二維DOA估計。該方案指出L型陣列在實(shí)際陣元數(shù)目不變的情況下，可以提高系統(tǒng)自由度的利用率，增加可分辨目標(biāo)數(shù)目，但是該方法需要二維空間譜搜索，運(yùn)算量極大，不利于雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供能夠?qū)崿F(xiàn)空間目標(biāo)二維定位，且運(yùn)算復(fù)雜度低，有利于雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時處理的L型陣列MMO雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明L型陣列MMO雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法，其特征是:
[0007](I)L型陣列由兩個相互垂直的均勻線陣組成，陣元間距均為半個波長，兩線陣各有M個和N個陣元，所有陣元都為收發(fā)共置陣元，發(fā)射正交窄帶信號，接收信號通過匹配濾波處理，得到大孔徑虛擬陣列的回波信號；
[0008](2)設(shè)計降維矩陣Λ，對回波信號進(jìn)行降維處理得到降維信號；
[0009](3)對降維信號的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解，得到二維空間譜函數(shù)；
[0010](4)解耦二維空間譜函數(shù)中的二維角度，對其中一維角度進(jìn)行空間譜估計；
[0011](5)將得到的空間譜估計值回代空間譜函數(shù)，對另一維角度進(jìn)行多項(xiàng)式求根估計；
[0012](6)根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，求得目標(biāo)的方位角Θ和俯仰角F。
[0013]本發(fā)明還可以包括:
[0014]1、所述的設(shè)計降維矩陣Λ、對回波信號進(jìn)行降維處理，按如下方式進(jìn)行:
[0015](1)利用匹配濾波后目標(biāo)回波信號的聯(lián)合導(dǎo)向矢量Α(μ，V)與其等效虛擬陣列的導(dǎo)向矢量G ( μ，V)之間的關(guān)系A(chǔ) ( μ，V ) =TG ( μ , V )，其中/i = COS細(xì)S爐，
V = cos6θsinψ,設(shè)計降維矩陣Δ為:
[0016]Δ=T(THT)-1/2,
[0017]其中T為(M+N-1)2X (MN+M+N-2)維降維矩陣，(.)H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置；
[0018](2)對匹配濾波后的目標(biāo)回波信號進(jìn)行降維處理
[0019]
【權(quán)利要求】
1.L型陣列MIMO雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法，其特征是: (1)L型陣列由兩個相互垂直的均勻線陣組成，陣元間距均為半個波長，兩線陣各有M個和N個陣元，所有陣元都為收發(fā)共置陣元，發(fā)射正交窄帶信號，接收信號通過匹配濾波處理，得到大孔徑虛擬陣列的回波信號； (2)設(shè)計降維矩陣△，對回波信號進(jìn)行降維處理得到降維信號； (3)對降維信號的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解，得到二維空間譜函數(shù)； (4)解耦二維空間譜函數(shù)中的二維角度，對其中一維角度進(jìn)行空間譜估計； (5)將得到的空間譜估計值回代空間譜函數(shù)，對另一維角度進(jìn)行多項(xiàng)式求根估計； (6)根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，求得目標(biāo)的方位角Θ和俯仰角f。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L型陣列MIMO雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法，其特征是:所述的設(shè)計降維矩陣△、對回波信號進(jìn)行降維處理，按如下方式進(jìn)行: (1)利用匹配濾波后目標(biāo)回波信號的聯(lián)合導(dǎo)向矢量Α(μ，V)與其等效虛擬陣列的導(dǎo)向矢量G(y, V)之間的關(guān)系Α(μ，V) =TG(μ , V),其中
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的L型陣列MIMO雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法，其特征是:所述的對降維信號協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解、得到二維空間譜函數(shù)，按如下方式進(jìn)行: (1)對降維后的目標(biāo)回波信號協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的L型陣列MIMO雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法，其特征是:所述的解耦二維空間譜函數(shù)中的二維角度、對其中一維角度進(jìn)行空間譜估計，按如下方式進(jìn)行: (1)解耦二維角度

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的L型陣列MIMO雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法，其特征是:所述的將得到的空間譜估計值回代空間譜函數(shù)，對另一維角度進(jìn)行多項(xiàng)式求根估計，按如下方式進(jìn)行: 將彥回代二維空間譜函數(shù)，并定義求根多項(xiàng)式為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的L型陣列MMO雷達(dá)低復(fù)雜度空間目標(biāo)二維角度估計方法，其特征是:所述的根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，求得目標(biāo)的方位角Θ和俯仰角按如下方式進(jìn)行: 利用三角函數(shù)關(guān)系式


【文檔編號】G01S7/41GK103901417SQ201410131420
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】王偉, 王曉萌, 李欣, 王咸鵬, 王志華, 王犇, 陳錚, 梁棟 申請人:哈爾濱工程大學(xué)