频率分集MIMO雷达距离‑角度解耦合波束形成方法技术

本发明专利技术公开了一种频率分集MIMO雷达距离‑角度解耦合波束形成方法，主要解决现有频率分集阵列不能形成距离‑角度解耦合自适应响应的问题。其实现步骤是：1.设计频率分集阵列发射信号频率；2.获得频率分集阵列发射信号和接收端回波信号；3.对接收端回波信号进行矢量输出，得到回波信号的快拍矢量；4.对快拍矢量进行自适应波束形成，得到距离‑角度的二维波束形成方向图。本发明专利技术充分利用频率分集阵列发射自由度，形成了基于频率分集MIMO雷达系统在距离和角度维的可控自由度，并通过自适应波束形成技术实现了距离‑角度的二维波束形成，可用于目标的距离‑角度联合检测，并抑制与距离相关的干扰信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号处理
，特别涉及一种频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，可用于检测目标和抑制与距离相关的干扰。
技术介绍
多输入多输出MIMO雷达相比于传统相控阵雷达，能够有效地利用发射自由度，实现发射-接收联合处理，能够提高自适应能力，提高雷达参数估计性能。然而传统的多输入多输出MIMO雷达仅具有角度维自由度，没有距离维自由度，难以实现与距离相关的干扰抑制。频率分集阵列的概念由PaulAntonik等人于2006年国际雷达会议上提出，具有灵活的波束控制能力，日渐引起国内外学者的关注。相比于传统的相控阵雷达，其各发射阵元的载频存在一个小的频率间隔，由此可以产生与距离-角度依赖的天线方向图。近十年来，关于频率分集阵列雷达的距离-角度二维波束形成、与距离相关干扰的抑制等特性已有研究。然而频率分集阵列方向图的距离-角度二维依赖性由频率增量决定，不能自适应地形成零点和凹陷，对复杂环境和干扰的抑制能力差，在这些情况下会造成目标检测性能的严重下降，因此需要自适应地形成与环境相匹配的波束方向图，增强频率分集阵列方向图在复杂环境下的适应能力。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，自适应地形成与环境相匹配的距离-角度解耦合的波束方向图，增强频率分集阵列方向图在复杂环境下的适应能力，提高目标检测性能。是在频率分集多输入多输出MIMO雷达系统的基础上，对其距离-角度二维域的自适应波束形成技术进行研究，发掘其在距离-角度联合域进行目标检测以及抑制与距离相关干扰的能力。本专利技术的基本思路是：在高斯白噪声背景下，通过对均匀分布线阵的各发射阵元间引入频率间隔，通过频率分集阵列发射正交波形信号，通过产生与距离、角度都相关的发射导向矢量，通过在接收端对回波信号采用最小方差无失真响应MVDR的自适应波束形成技术，由此可以产生与角度、距离同时依赖的天线方向图，进而在距离-角度联合域进行目标检测以及干扰抑制。其实现方案如下：(1)在共址等距线阵的各发射阵元间引入频率间隔Δf，得到频率分集阵列第m个发射阵元的发射信号频率：fm＝f0+(m-1)Δf,m＝1,2,…,M其中，M为发射阵元数目，f0为第一个天线，即参考天线的载频；(2)根据发射信号总能量E和频率分集阵列的发射信号频率fm，得到第m个发射阵元的发射信号：sm(t)=EMφm(t)exp{j2πfmt本文档来自技高网...

【技术保护点】
频率分集MIMO雷达距离‑角度解耦合波束形成方法，包括：(1)在共址等距线阵的各发射阵元间引入频率间隔Δf，得到频率分集阵列第m个发射阵元的发射信号频率：fm＝f0+(m‑1)Δf,m＝1,2,…,M其中，M为发射阵元数目，f0为第一个天线，即参考天线的载频；(2)根据发射信号总能量E和频率分集阵列的发射信号频率fm，得到第m个发射阵元的发射信号：sm(t)=EMφm(t)exp{j2πfmt}]]>其中，E为发射信号总能量，φm(t)为第m个阵元发射波形，j表示虚数，t为传播时间；(3)获得频率分集阵列接收端回波信号：(3a)获得接收端第n个阵元的接收信号：yn(t)=Σm=1Mym,n(t)]]>其中，ym,n(t)为第n个阵元接收由第m个阵元所发射的信号,n＝1,2,…,N，N为接收阵元天线数目；(3b)构建发射导向矢量aL(θ,R)和接收导向矢量aR(θ)：aR(θ)=[1,ej2πf0dRsinθc,...,ej2πf0dR(N-1)sinθc]T,]]>其中θ代表角度，R代表距离，dL、dR分别为发射、接收阵元间距，符号⊙为哈达玛Hadamard积，符号[·]T表示转置运算；(3c)将接收端各个阵元接收的信号表示为如下矩阵形式：Y=[y1,y2,...,yn,...,yN]T=ξaR(θ)aLT(θ,R)Φ]]>其中，Φ为各个阵元发射波形的矩阵，ξ为反射系数；(3d)根据(3c)获得接收端的合成回波信号表达式：X=S+J+N=ξsaR(θ0)aLT(θ0,R0)Φ+Σi=1DξiaR(θi)aLT(θi,Ri)Φ+N]]>其中S为接收的目标信号矩阵，θ0和R0分别为目标所在角度和距离，J为接收的干扰信号矩阵，θi和Ri分别为第i个干扰源所在角度和距离，D为干扰源数目，N为高斯白噪声，ξs和ξi分别为目标信号和干扰的反射系数；(3e)将合成回波信号X经过M路波形匹配后，再进行矢量输出，得到接收信号的快拍矢量y；(4)根据(3e)中的接收信号矢量y进行波束形成：(4a)根据(3e)中的接收信号矢量y计算干扰加噪声协方差矩阵：Q=Σi=1Dσi2a(θi,Ri)aH(θi,Ri)+σn2I]]>其中是第i个干扰的功率，为噪声协方差矩阵，符号是克罗内克Kronecker积；(4b)根据干扰加噪声协方差矩阵Q，得到最小方差无失真响应的解：w=Q-1a(θ0,R0)aH(θ0,R0)Q-1a(θ0,R0)]]>其中a(θ0,R0)=aR(θ0)⊗aL(θ0,R0);]]>(4c)根据最小方差无失真响应的解w，得到与距离、角度有关的接收波束方向图：f(θ,R)＝wTa(θ,R)其中a(θ,R)=aR(θ)⊗aL(θ,R).]]>...

【技术特征摘要】
1.频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，包括：
(1)在共址等距线阵的各发射阵元间引入频率间隔Δf，得到频率分集阵列第m个
发射阵元的发射信号频率：
fm＝f0+(m-1)Δf,m＝1,2,…,M

【专利技术属性】
技术研发人员：廖桂生，许京伟，兰岚，王成浩，冯阳，
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