L型陣列mimo雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法
【專利摘要】本發明的目的在于提供L型陣列MIMO雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法，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，所有陣元都為收發共置陣元，發射正交窄帶信號，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；設計降維矩陣，對回波信號進行降維處理；對降維信號的協方差矩陣進行特征分解，得到二維空間譜函數；解耦二維空間譜函數中的二維角度，對其中一維角度進行空間譜估計；將得到的空間譜估計值回代空間譜函數，對另一維角度進行多項式求根估計；根據三角函數關系，求得目標的方位角和俯仰角。本發明大大降低了算法的運算復雜度，有利于雷達系統的實時處理。
【專利說明】L型陣列MIMO雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種空間目標二維角度快速估計方法。
【背景技術】
[0002]多輸入多輸出(MultipleInput Multiple Output, ΜΙΜΟ)雷達的概念源于 ΜΙΜΟ通信系統，具有多個發射天線和多個接收天線，且發射信號彼此正交，在接收端通過匹配濾波技術進行信號分離處理，形成大孔徑虛擬陣列，從而提高了目標角度估計的分辨率，增加了雷達系統的自由度。MMO雷達主要分為共址MMO雷達和統計MMO雷達，共址MMO雷達的陣列結構與相控陣雷達相似，目標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的陣列信號模型類似，從而可以將傳統陣列信號處理的相關技術應用到此類MMO雷達中，從而獲得更大的系統自由度，更高的空間分辨率和更好的參數估計性能；統計MIMO雷達發射天線陣元間距很大,各發射天線陣元發射彼此正交的信號波形,從空間不同的角度照射目標，使得目標對每個發射接收通道呈現獨立的散射特性，在空間形成發射天線-目標-接收天線構成的空間多通道，從而克服目標閃爍，進而提高目標的檢測性能和參數估計能力。
[0003]對于MMO雷達參數估計的研究，目前主要集中在均勻線陣MMO雷達: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雷達的降維Capon算法，該算法利用均勻線陣的降維矩陣將接收數據轉換到低維空間進行運算，從而減小了運算復雜度。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雷達的降維MUSIC算法，該算法將目標回波信號中的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，降低了算法的運算復雜度。以上兩種方法都基于均勻線陣MMO雷達，只能估計目標與天線陣列的一維角度，無法對目標進行空間定位。謝榮等在系統工程與電子技術期刊的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雷達的設計方案，利用Capon算法對目標進行二維DOA估計。該方案指出L型陣列在實際陣元數目不變的情況下，可以提高系統自由度的利用率，增加可分辨目標數目，但是該方法需要二維空間譜搜索，運算量極大，不利于雷達系統的實時處理。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供能夠實現空間目標二維定位，且運算復雜度低，有利于雷達系統的實時處理的L型陣列MMO雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
[0006]本發明L型陣列MMO雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法，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，所有陣元都為收發共置陣元，發射正交窄帶信號，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)設計降維矩陣Λ，對回波信號進行降維處理得到降維信號；
[0009](3)對降維信號的協方差矩陣進行特征分解，得到二維空間譜函數；
[0010](4)解耦二維空間譜函數中的二維角度，對其中一維角度進行空間譜估計；
[0011](5)將得到的空間譜估計值回代空間譜函數，對另一維角度進行多項式求根估計；
[0012](6)根據三角函數關系，求得目標的方位角Θ和俯仰角F。
[0013]本發明還可以包括:
[0014]1、所述的設計降維矩陣Λ、對回波信號進行降維處理，按如下方式進行:
[0015](1)利用匹配濾波后目標回波信號的聯合導向矢量Α(μ，V)與其等效虛擬陣列的導向矢量G ( μ，V)之間的關系A ( μ，V ) =TG ( μ , V )，其中/i = COS細S爐，
V = cos6θsinψ,設計降維矩陣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表示矩陣的共軛轉置；
[0018](2)對匹配濾波后的目標回波信號進行降維處理
[0019]
【權利要求】
1.L型陣列MIMO雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法，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，所有陣元都為收發共置陣元，發射正交窄帶信號，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)設計降維矩陣△，對回波信號進行降維處理得到降維信號； (3)對降維信號的協方差矩陣進行特征分解，得到二維空間譜函數； (4)解耦二維空間譜函數中的二維角度，對其中一維角度進行空間譜估計； (5)將得到的空間譜估計值回代空間譜函數，對另一維角度進行多項式求根估計； (6)根據三角函數關系，求得目標的方位角Θ和俯仰角f。
2.根據權利要求1所述的L型陣列MIMO雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法，其特征是:所述的設計降維矩陣△、對回波信號進行降維處理，按如下方式進行: (1)利用匹配濾波后目標回波信號的聯合導向矢量Α(μ，V)與其等效虛擬陣列的導向矢量G(y, V)之間的關系Α(μ，V) =TG(μ , V),其中
3.根據權利要求2所述的L型陣列MIMO雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法，其特征是:所述的對降維信號協方差矩陣進行特征分解、得到二維空間譜函數，按如下方式進行: (1)對降維后的目標回波信號協方差矩陣進行特征分解
4.根據權利要求3所述的L型陣列MIMO雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法，其特征是:所述的解耦二維空間譜函數中的二維角度、對其中一維角度進行空間譜估計，按如下方式進行: (1)解耦二維角度
5.根據權利要求4所述的L型陣列MIMO雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法，其特征是:所述的將得到的空間譜估計值回代空間譜函數，對另一維角度進行多項式求根估計，按如下方式進行: 將彥回代二維空間譜函數，并定義求根多項式為
6.根據權利要求5所述的L型陣列MMO雷達低復雜度空間目標二維角度估計方法，其特征是:所述的根據三角函數關系，求得目標的方位角Θ和俯仰角按如下方式進行: 利用三角函數關系式
【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 優先權日:2014年4月2日
【發明者】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