分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法，包含：以最小化雷达系统发射功率为目标函数，在多目标不同位置估计精度要求和雷达发射功率上限的约束下，建立发射功率优化模型；将功率分配的非凸优化问题通过SPCA算法松弛为凸优化问题，求解功率分配的近似解；采用启发式搜索算法对功率分配结果进一步优化，得到最优的功率分配结果。本发明专利技术能够在满足多目标不同位置估计要求的条件下，最大化资源利用率，消耗最少的功率资源；本发明专利技术能够使用更少的系统总功率，在提高资源利用率的同时，降低系统计算量；通过控制目标个数和位置估计精度要求，目标跟踪精度要求越高，本发明专利技术性能越稳定，个数越多，优势越明显，具有较好的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法
本专利技术属于MIMO雷达
，特别涉及一种分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法。
技术介绍
分布式MIMO空间分集优势，提高了雷达系统的目标探测和跟踪性能，受到诸多学者的广泛关注。MIMO雷达强大性能的背后也会产生系统代价，包括更多的发射功率和系统处理复杂度，以及更大的通信负担。然而这些问题在实际系统中并不容易解决。当雷达系统出于多任务工作模式下，需要将有限的系统资源在不同任务之间协调配置。此时雷达系统用于跟踪任务的功率资源是有限的，当系统工作时间较长或资源供给条件有限时，雷达的功率分配对发挥系统效能的影响格外明显。为协调任务模式下的资源配置提高雷达系统整体性能，可以研究给定位置估计精度要求下的最少功率分配问题，以保留更多资源用于其他重要任务的处理。根据目标任务性质的差异，雷达系统需要对不同性质目标区别对待。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法，结合目标任务性质，对多目标提出不同的位置估计精度要求，在保证跟踪任务要求的前提下，提高功率资源利用率，以预留更多资源用于系统其他任务处理。按照本专利技术所提供的设计方案，一种分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法，包含如下步骤：步骤1、根据分布式MIMO雷达系统中发射阵元和接收阵元信号，推导目标位置估计精度表达式；步骤2、基于目标位置估计精度表达式，结合多目标位置估计要求，以最小化系统发射功率为目标函数，建立功率优化模型；步骤3、根据功率优化模型，将功率分配的非凸优化问题，通过连续参数凸近似SPCA算法松弛为凸优化问题的求解，得到初步功率分配结果；步骤4、通过启发式搜索算法对初步功率分配结果进行优化，得到功率分配最优解。上述的，步骤1包含：根据分布式MIMO雷达系统中发射阵元和接收阵元信号，以贝叶斯克拉美罗界作为目标位置估计误差的度量准则，得到k时刻第q个目标位置估计误差的贝叶斯克拉美罗界，并确定目标位置估计精度函数。上述的，目标位置估计精度函数表示为：，其中，pk为k时刻发射功率向量，为与雷达和目标位置关系相关参数，为功率谱密度。上述的，步骤2中以最小化系统发射功率为目标函数建立的功率优化模型表示为：，其中，为k时刻目标q的速度估计精度；pmax为分配给单部雷达发射功率的上限pk表示k时刻雷达发射功率向量，为k时刻第q个目标的位置估计精度要求，Q为分布式MIMO雷达系统存在的运动目标个数，M为分布式MIMO雷达系统含有的发射阵元个数。优选的，步骤3包含如下内容：以目标位置估计精度表达式作为定位精度函数；给定位置估计精度下的约束问题为，采用连续参数凸近似SPCA算法对其求解，得到初步功率分配结果，其中，为k时刻第q个目标的位置估计精度要求，Q为分布式MIMO雷达系统存在的运动目标个数。优选的，采用连续参数凸近似SPCA算法对其求解，包含：对给定位置估计精度下的约束问题中的凹函数项在p(l),k处进行二阶泰勒展开，得到约束模型，该约束模型表示为；进而得到位置估计要求为的前提下的功率分配结果p′k,P0,k＝1Tp′k，分配总功率为P0,k＝1Tp′k，1表示全1列向量。优选的，步骤4中的采用启发式搜索算法对初步功率分配结果进行优化，包含：每次选取一个阵元，为其增加发射功率Vp，以优先满足跟踪精度最高目标的位置估计要求，直到所有目标均满足位置估计要求，得到分布式MIMO雷达系统功率分配最优解popt,k。优选的，步骤4中启发式搜索算法执行过程如下：首先，确定目标位置估计精度的收敛误差ε和功率增加步长Vp；然后，根据目标定位精度需求，划分目标的优先级顺序，优先满足高精度目标的定位需求；最后，采用贪婪搜索方法，将功率增加步长Vp每次分配给一个阵元，使其目标定位精度最高，如此循环，直到所有目标均满足位置估计要求，得到分布式MIMO雷达系统功率分配最优解popt,k。本专利技术的有益效果：本专利技术以最小化系统发射功率为目标函数，在多目标位置估计要求给定的条件下，建立了发射功率的优化模型，将功率分配的非凸优化问题，采用SPCA算法松弛为凸问题求解，得到初步功率优化结果，进一步通过启发式搜索算法优化功率分配，得到最优的功率优化结果；能够在满足多目标不同位置估计要求的条件下，最大化资源利用率，消耗最少的功率资源；与其它分配算法相比，本专利技术能够使用更少的系统总功率，在提高资源利用率的同时，降低系统计算量；通过控制目标个数和位置估计精度要求，目标跟踪精度要求越高，本专利技术性能越稳定，个数越多，优势越明显，具有较好的实际应用价值。附图说明：图1为本专利技术的方法流程图；图2为实施例中功率分配算法流程示意图；图3为实施例中雷达与目标的位置关系图；图4为实施例中MSEk＝(5262)m2时的功率分配结果；图5为实施例中MSEk＝(52627282)m2时的功率分配结果；图6为实施例中MSEk＝(52623242)m2时的功率分配结果。具体实施方式：下面结合附图和技术方案对本专利技术作进一步清楚、完整的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。为适应雷达多任务工作模式下的资源抢占问题，考虑到多目标不同特性优先级的问题。针对这一问题，根据多目标不同性质，设定不同位置估计精度要求，提出分布式MIMO雷达多目标位置估计的功率优化方法，以提高功率资源利用率，本专利技术实施例一，参见图1所示，提供一种分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法，包含如下步骤：101、根据分布式MIMO雷达系统中发射阵元和接收阵元信号，推导目标位置估计精度表达式；102、基于目标位置估计精度表达式，结合多目标位置估计要求，以最小化系统发射功率为目标函数，建立功率优化模型；103、根据功率优化模型，将功率分配的非凸优化问题，通过连续参数凸近似SPCA算法松弛为凸优化问题的求解，得到初步功率分配结果；104、通过启发式搜索算法对初步功率分配结果进行优化，得到功率分配最优解。以最小化系统发射功率为目标函数，在多目标不同位置估计要求下，建立了最少发射功率的优化模型，将该非凸优化问题采用SPCA算法松弛为凸问题，得到初始功率分配结果p′k，然后，采用启发式搜索方式对功率分配结果进一步优化，得到功率分配的最优结果popt,k；能够使用更少的系统总功率，在提高资源利用率的同时，降低系统计算量。实施例二，一种分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率分配方法，具体包括以下步骤：步骤1：推导目标位置估计精度表达式。分布式MIMO雷达系统含有M部发射雷达，N部接收雷达，雷达间隔足够大。笛卡尔二维坐标系中，发射雷达坐标为..，接收雷达坐标为雷达发射正交信号的低通等效式为..，满足Tm是第m部雷达发射信号的持续时间。雷达发射信号的时宽为t＝[t1,t2,L,tM]T，带宽为β＝[β1,β2,L,βM]T，功率为p＝[p1,p2,L,pM]T。存在Q个运动目标，第q个目标的状态向量为定义第m部发射雷达经第q个目标到第n部雷达的整个路径为路径mqn。k时刻，第n部接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1、根据分布式MIMO雷达系统中发射阵元和接收阵元信号，推导目标位置估计精度表达式；步骤2、基于目标位置估计精度表达式，结合多目标位置估计要求，以最小化系统发射功率为目标函数，建立功率优化模型；步骤3、根据功率优化模型，将功率分配的非凸优化问题，通过连续参数凸近似SPCA算法松弛为凸优化问题的求解，得到初步功率分配结果；步骤4、通过启发式搜索算法对初步功率分配结果进行优化，得到功率分配最优解。

【技术特征摘要】
1.一种分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1、根据分布式MIMO雷达系统中发射阵元和接收阵元信号，推导目标位置估计精度表达式；步骤2、基于目标位置估计精度表达式，结合多目标位置估计要求，以最小化系统发射功率为目标函数，建立功率优化模型；步骤3、根据功率优化模型，将功率分配的非凸优化问题，通过连续参数凸近似SPCA算法松弛为凸优化问题的求解，得到初步功率分配结果；步骤4、通过启发式搜索算法对初步功率分配结果进行优化，得到功率分配最优解。2.根据权利要求1所述的分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法，其特征在于，步骤1包含：根据分布式MIMO雷达系统中发射阵元和接收阵元信号，以贝叶斯克拉美罗界作为目标位置估计误差的度量准则，得到k时刻第q个目标位置估计误差的贝叶斯克拉美罗界，并确定目标位置估计精度函数。3.根据权利要求2所述的分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法，其特征在于，目标位置估计精度函数表示为：,其中，pk为k时刻发射功率向量，为与雷达和目标位置关系相关参数，为功率谱密度。4.根据权利要求1所述的分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法，其特征在于，步骤2中以最小化系统发射功率为目标函数建立的功率优化模型表示为：，其中，为k时刻目标q的速度估计精度；pmax为分配给单部雷达发射功率的上限；pk表示k时刻雷达发射功率向量，为k时刻第q个目标的位置估计精度要求，Q为分布式MIMO雷达系统存在的运动目标个数，M为分布式MIMO雷达系统含有的发射阵元个数。5.根据权利要求3所述的分布式MIMO雷达系统多目标位置估计的功率优化方法，其特征在于，步骤3包含如下内容：以目标位置估计精度表达式作为定位精度函数；给定位置估计精度下的约束问题为

【专利技术属性】
技术研发人员：任修坤，宋喜玉，吕品品，郑娜娥，田英华，张龙，柏婷，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南,41