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双基地展开互质阵列MIMO雷达DOD和DOA降维估计方法


技术摘要:
本发明涉及雷达技术领域,尤其涉及双基地展开互质阵列MIMO雷达DOD和DOA降维估计方法,该方法基于双基地展开互质阵列MIMO雷达阵列结构,提出了基于降维多重信号分类算法的双基地展开互质阵列MIMO雷达离开角、到达角联合估计方法,该方法通过增加约束并构造代价函数的方  全部
背景技术:
MIMO技术在通信的应用显著提高了在衰落信道下的信道容量以及可靠性,是无线 通信领域的核心技术之一。启发自MIMO技术,科研工作者开始思考是否可以将MIMO技术应 用于雷达系统,2003年美国林肯实验室的Bliss和Forsythe首次提出了MIMO雷达。MIMO雷达 技术的特点在于发射阵列和接收阵列分别配置多根天线用于正交信号发射和远场信号的 回波接收,并依据收发阵列是否处于同一位置而分为收发共置单基地和收发单置双基地的 两种形式。MIMO雷达技术在不增加发射功率和系统带宽的情况下,多倍的提高系统的信道 容量和频谱利用率,同时也能够提高信道可靠性,其在空间分辨率,自由度以及参数的可识 别性等方面均优于传统体制雷达,因而得到了学术界更多的关注,其中的双基地MIMO雷达 在抗干扰、抗截获、速度分辨力、探测性能、杂波抑制以及低空小目标检测等方面都有很大 的改善。 双基地MIMO雷达利用发射和接收阵列信号具有的方向相关性,可同时估计出接收 站目标方向和发射站目标方向,有较高的目标参数估计精度,这种体制避开了双基地固有 的目标参数测量中存在的时间、角度、频率(相位)同步的三大技术难题,具有双基地雷达和 MIMO技术的双重优点。因此,双基地MIMO雷达的到达角(Direction  Of  Arrival,DOA)估计 以及离开角(Direction  Of  Departure,DOD)和到达角(Direction  Of  Arrival,DOA)联合 估计则是MIMO雷达的重要研究内容,已成为MIMO雷达研究的热点之一。传统子空间类算法 如MUSIC、ESPRTT算法虽然都能适用于双基地MIMO雷达的角度估计,但存在低信噪比下估计 精度不高的问题,并且ESPRTT算法利用了旋转不变因子特性,只适用于等距线阵。对积累后 的接收机匹配滤波输出信号进行二维搜索,通过寻找峰值来确定DOD和DOA的传统方法存在 大计算量和定位精度不高的问题,严重限制了其在实际雷达系统中的应用。
技术实现要素:
有鉴于此,本发明的目的是提供双基地展开互质阵列MIMO雷达DOD和DOA降维估计 方法,其通过增加约束并构造代价函数的方式,将二维MUSIC算法中的二维谱峰搜索最大值 转化为求解带约束的一维最优值,先后得到DOA、DOD,并且DOD与DOA自动配对,避免了二维 的穷尽搜索,因此复杂度大大降低;展开互质阵列更大的阵列孔径与MIMO雷达形成的虚拟 阵列,提出的算法在各方面性能优异。 本发明通过以下技术手段解决上述技术问题: 双基地展开互质阵列MIMO雷达DOD和DOA降维估计方法,包括以下步骤: 对双基地展开互质阵列MIMO雷达中的接收阵元匹配滤波后得到的接收数据求解 空间协方差矩阵,对空间协方差矩阵进行特征值分解,得到噪声子空间Un; 4 CN 111580040 A 说 明 书 2/6 页 将获得的噪声子空间Un参与定义检测矩阵: 对检测矩阵进行优化变形,增加约束条件定义代价函数,获得搜索公式; 对搜索公式进行峰值搜索,搜索获得功率较大的前K个谱峰所对应的位置即为DOA 估计; 由得到的DOA估计获得发射阵列下DOD所对应的导向矢量; 使用最小二乘策略求解φk,进而获得估计的发射角度 进一步,所述双基地展开互质阵列MIMO雷达包含异地放置的发射阵列和接收阵 列,发射阵列与接收阵列各包含两个稀疏均匀线阵的子阵1和子阵2,所述子阵1和子阵2按 照相反方向完全展开排列,子阵1的最后一个阵元与子阵2的第一个阵元相重合。 进一步,所述双基地展开互质阵列MIMO雷达中,设子阵1和子阵2的阵元数目分别 为M、N,且M、N互质,M
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