基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向快速估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计方法，属于雷达技术领域，其主要思路为：确定MIMO雷达，所述MIMO雷达包括发射阵列和接收阵列，且发射阵列和接收阵列收发分置；发射阵列发射部分相关波形，并得到目标回波信号矩阵；确定需要检测的目标空域范围，依次得到目标方向的粗估值和目标的多普勒频率，进而得到MIMO雷达多普勒滤波数据；确定目标方向搜索范围，然后在所述目标方向搜索范围内分别计算接收阵列最大似然算法的代价函数值和发射阵列最大似然函数算法的代价函数值；确定目标方向的最终估计值，所述目标方向的最终估计值为基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计结果。

【技术实现步骤摘要】
基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向快速估计方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向快速估计方法，适用于MIMO雷达目标角度估计。
技术介绍
MIMO雷达是在综合了无线通信方面的MIMO技术和综合脉冲与孔径雷达的基本原理的基础上提出的一种新概念雷达系统，MIMO雷达的种类可以按照阵元间距的差异进行划分，其中一种是具有空间分集增益的MIMO雷达，另一种是具有波形分集增益的MIMO雷达；空间分集增益的MIMO雷达接收天线阵元之间距离间隔较大，因此两个接收天线阵元接收到的回波信号是相互独立的，因此空间分集增益的MIMO雷达也被称为分布式MIMO雷达；由于空间分集增益的MIMO雷达各接收天线阵元间隔较大，可以从不同角度照射目标，并且各接收天线阵元间的回波也不相关；因此，空间分集增益的MIMO雷达可以克服雷达目标RCS起伏，从而更加可靠地检测目标；波形分集的MIMO雷达也被称为集中式MIMO雷达，其收发阵列都是紧凑排列的，采用相干处理各单元发射的信号，既可以发射正交波形也可以发射部分相关波形，现有文献研究正交波形的较多；但是在实际工程应用中，部分相关波形用的比较多。最大似然算法是一种超分辨的参数估计方法，它能够直接处理相干信源，甚至能够在单次快拍下正确估计出信源的参数，因而在实际工程中得到广泛应用；MIMO雷达对目标方向估计的现有方法是从传统相控阵雷达的目标方向估计方法中扩展而来，如基于最大似然的MIMO雷达目标估计算法，I.Bekkerman,J.Tabrikian,TargetdetectionandlocalizationusingMIMOradarsandsonars,IEEETransactionsonSignalProcessing54(10)(2006)3873-3883；虽然该基于最大似然的MIMO雷达目标估计算法可以有效地估计出目标方向，但却存在运算量大的问题，不适合工程应用；文献：赵永波，朱玉堂，刘宏伟等MIMO雷达估计目标的快速方法中国，201410727711.9[P]2014.12.03提出了基于正交波形的估计目标的快速方法，但是不适用于部分相关波形。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向快速估计方法，该种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向快速估计方法在保证目标方向估计精度的前提下，能够降低运算量，便于进行目标方向估计系统的工程实现。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向快速估计方法，包括以下步骤：步骤1，确定MIMO雷达，所述MIMO雷达包括发射阵列和接收阵列，且发射阵列和接收阵列收发分置；发射阵列发射部分相关波形，并得到目标回波信号矩阵；步骤2，确定需要检测的目标空域范围，然后根据目标回波信号矩阵得到目标方向的粗估值和目标的多普勒频率；步骤3，根据目标回波信号矩阵和目标的多普勒频率，得到MIMO雷达多普勒滤波数据；步骤4，根据目标方向的粗估值确定目标方向搜索范围，然后在所述目标方向搜索范围内分别计算接收阵列最大似然算法的代价函数值和发射阵列最大似然函数算法的代价函数值；步骤5，根据接收阵列最大似然算法的代价函数值和发射阵列最大似然函数算法的代价函数值，确定目标方向的最终估计值，所述目标方向的最终估计值为基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计结果。本专利技术与现有技术相比有以下优点：现有技术都是基于正交波形的，而部分相关波形的处理过程又有所不同，本专利技术是基于部分相关波形，而且本专利技术与现有技术相比较减小了运算量。现有基于最大似然的MIMO雷达目标方向估计算法是直接在维数较大的发射接收联合阵列上进行处理，运算量较大，而本专利技术方法是先得到维数较小的发射阵列和接收阵列的代价函数，之后将两个代价函数进行融合，即通过两个代价函数的和值来确定目标方向，因而运算量会大大下降。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的一种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计方法流程图；图2是本专利技术所使用的天线阵列模型图；图3是使用本专利技术方法与基于最大似然的MIMO雷达目标方向估计算法对目标方向估计的精度随信噪比变化的对比图；图4是用本专利技术方法与传统最大似然算法的运算量随阵元数变化的对比图。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计方法流程图；其中所述基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计方法，包括以下步骤：步骤1，参照图2，为本专利技术所使用的天线阵列模型图；如图1所示，本专利技术使用的MIMO雷达是波形分集MIMO雷达的阵列天线，包括发射阵列和接收阵列，且发射阵列和接收阵列收发分置；发射阵列包括Mt个发射天线，接收阵列包括Mr个接收天线，Mt和Mr可以相同也可以不同，发射阵列和接收阵列分别为均匀等距线阵，Mt个发射天线的间隔和Mr个接收天线的间隔都为d；设定波形分集MIMO雷达检测范围内存在目标，且设定目标方向为θ；为了计算简单，本专利技术采用的是等距线阵，但是不要求一定要是等距线阵。发射阵列发射部分相关波形S，所述部分相关波形S是发射阵列发射的信号互相关函数值介于0和1之间时对应的波形，发射阵列发射的部分相关波形S到达目标后，再经目标反射至接收阵列，接收阵列接收目标回波信号Xt，N表示接收阵列接收到的高斯白噪声，at(θ)表示目标方向θ的发射导向矢量，ar(θ)表示目标方向θ的接收导向矢量，at(θ)＝[1,exp(j2πdsinθ/λ),…,exp(j2π(Mt-1)dsinθ/λ)]T，ar(θ)＝[1,exp(j2πdsinθ/λ),…,exp(j2π(Mr-1)dsinθ/λ)]T，λ表示MIMO雷达的工作波长，上标T表示矩阵转置，sk表示第k个发射天线发射的部分相关波形，部分相关波形S是一个Mt×L维的矩阵，L表示每个发射天线发射的部分相关波形长度，k＝1,2,…,Mt，Mt表示发射阵列包括的发射天线总个数，Mr表示接收阵列包括的接收天线总个数，Mt、Mr分别为大于或等于1的正整数。1a)初始化：令p表示发射阵列第p次发射部分相关波形，p＝1,2,…,P，P表示发射阵列发射部分相关波形的总次数。1b)发射阵列第p次发射部分相关波形，发射阵列第p次发射的部分相关波形到达目标后，再经目标反射至接收阵列，接收阵列第p次接收目标回波信号Xtp。1c)令p的值分别取1到P，重复执行1b)，分别得到接收阵列第1次接收目标回波信号Xt1至接收阵列第P次接收目标回波信号XtP，记为目标回波信号矩阵是Mr×PL维的矩阵。步骤2，确定需要检测的目标空域范围，然后根据目标回波信号矩阵得到目标方向的粗估值θin和目标的多普勒频率fd。2.1在前期检测时确定需要检测的目标空域范围β，对于线阵而言，需要检测的目标空域范围β为-60°到60°。确定120/B个角度方向，其中第m个角度方向为θm，λ表示MIMO雷达的工作波长，M为Mt和Mr中的最大值，d表示Mt个发射天线的间隔和Mr个接收天线的间隔；且第m个角度方向θm的接收导向矢量为ar(θm)，ar(θm)＝[1,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定MIMO雷达，所述MIMO雷达包括发射阵列和接收阵列，且发射阵列和接收阵列收发分置；发射阵列发射部分相关波形，并得到目标回波信号矩阵；步骤2，确定需要检测的目标空域范围，然后根据目标回波信号矩阵得到目标方向的粗估值和目标的多普勒频率；步骤3，根据目标回波信号矩阵和目标的多普勒频率，得到MIMO雷达多普勒滤波数据；步骤4，根据目标方向的粗估值确定目标方向搜索范围，然后在所述目标方向搜索范围内分别计算接收阵列最大似然算法的代价函数值和发射阵列最大似然函数算法的代价函数值；步骤5，根据接收阵列最大似然算法的代价函数值和发射阵列最大似然函数算法的代价函数值，确定目标方向的最终估计值，所述目标方向的最终估计值为基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定MIMO雷达，所述MIMO雷达包括发射阵列和接收阵列，且发射阵列和接收阵列收发分置；发射阵列发射部分相关波形，并得到目标回波信号矩阵；步骤2，确定需要检测的目标空域范围，然后根据目标回波信号矩阵得到目标方向的粗估值和目标的多普勒频率；步骤3，根据目标回波信号矩阵和目标的多普勒频率，得到MIMO雷达多普勒滤波数据；步骤4，根据目标方向的粗估值确定目标方向搜索范围，然后在所述目标方向搜索范围内分别计算接收阵列最大似然算法的代价函数值和发射阵列最大似然函数算法的代价函数值；步骤5，根据接收阵列最大似然算法的代价函数值和发射阵列最大似然函数算法的代价函数值，确定目标方向的最终估计值，所述目标方向的最终估计值为基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计结果。2.如权利要求1所述的一种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计方法，其特征在于，在步骤1中，所述部分相关波形是发射阵列发射的信号互相关函数值介于0和1之间时对应的波形，记为S，sk表示第k个发射天线发射的部分相关波形，k＝1,2,…,Mt，Mt表示发射阵列包括的发射天线总个数，Mt为大于或等于1的正整数；部分相关波形S是一个Mt×L维的矩阵，L表示每个发射天线发射的部分相关波形长度；所述目标回波信号矩阵，其得到过程为：1a)初始化：令p表示发射阵列第p次发射部分相关波形，p＝1,2,…,P，P表示发射阵列发射部分相关波形的总次数；1b)发射阵列第p次发射部分相关波形，发射阵列第p次发射的部分相关波形到达目标后，再经目标反射至接收阵列，接收阵列第p次接收目标回波信号Xtp；1c)令p的值分别取1到P，重复执行1b)，分别得到接收阵列第1次接收目标回波信号Xt1至接收阵列第P次接收目标回波信号XtP，记为目标回波信号矩阵是Mr×PL维的矩阵。3.如权利要求2所述的一种基于部分相关波形的MIMO雷达目标方向的快速估计方法，其特征在于，步骤2的子步骤为：2.1确定需要检测的目标空域范围β为-60°到60°，确定120/B个角度方向，其中第m个角度方向为θm，m＝1,2,…,120/B，λ表示MIMO雷达的工作波长，M为Mt和Mr中的最大值，d表示Mt个发射天线的间隔和Mr个接收天线的间隔；且第m个角度方向θm的接收导向矢量为ar(θm)，ar(θm)＝[1,exp(j2πdsinθm/λ),…,exp(j2π(Mr-1)dsinθm/λ)]T，m的初始值为1；2.2利用第m个角度方向θm的接收导向矢量ar(θm)对MIMO雷达多普勒滤波数据X进行数字波束形成，得到第m个检测波束；2.3令m分别取1至120/B，重复执行2.2，进而得到第1个检测波束至第120/B个检测波束；然后设定一个多普滤波器组，该多普勒滤波器组包括P个多普勒滤波器，每个多普勒滤波器的中心频率不同，每个多普勒滤波器的中心频率对应一个多普勒通道；P表示发射阵列发射部分相关波形的总次数，与多普滤波器组包括的多普勒滤波器总个数取值相等；将m的值初始化为1；2.4利用第m个检测波束的空时滤波器导向矢量对第m个检测波束进行发射波束形成后再进行多普勒滤波，将发射波束形成后得到的数据通过一个多普勒滤波器组，使用多普勒滤波器组对发射波束形成后得到的数据进行多普勒滤波后，得到第m个检测波束的多普勒滤波结果；at(θm)＝[1,exp(j2πdsinθm/λ),…,exp(j2π(Mt-1)dsinθm/λ)]T，S表示部分相关波形，d表示Mt个发射天线的间隔和Mr个接收天线的间隔；2.5令m分别取1至120/B，重复执行2.4，进而得到第1个检测波束的多普勒滤波结果至第120/B个检测波束的多普勒滤波结果，然后在第1个检测波束的多普勒滤波结果至第120/B个检测波束的多普勒滤波结果中找到目标出现的检测波束，并将该检测波束指向记为目标方向的粗估值θin；然后从目标出现的检测波束的多普勒滤波结果中找到目标出现的多普勒通道，将目标出现的多普...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永波，董奥覃，刘宏伟，何学辉，苏洪涛，冯大政，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61