基于分布式处理的MIMO雷达克拉美罗界计算方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，涉及关于雷达信号处理中的参数估计性能评价指标克拉美罗界(CRB)的计算，适用于分置天线MIMO雷达参数估计时的分布式处理问题。本发明专利技术中定义目标参数θ：

The calculation method of distributed processing of MIMO radar based on CRB

The invention belongs to the field of radar technology, radar signal processing involves parameters on the estimation of the performance evaluation index of Cramer Rao bound (CRB) calculation, suitable for distributed processing division estimation problem of MIMO radar antenna's parameters. The target parameter theta is defined in the invention:

【技术实现步骤摘要】
基于分布式处理的MIMO雷达克拉美罗界计算方法
本专利技术属于雷达
，涉及关于雷达信号处理中的参数估计性能评价指标克拉美罗界(CRB)的计算，适用于分置天线MIMO雷达参数估计时的分布式处理问题。
技术介绍
外辐射源雷达(也称无源雷达或被动雷达)利用周围环境中的广播、电视、卫星、手机基站或WiFi等信号来对目标进行探测、估计、分类或成像等处理。外辐射源雷达可以从直达波中提取发射信号样本，作为处理目标回波的参考信号，进而实现对目标的探测和参数测量。由于外辐射源雷达不需要昂贵的发射机硬件，自身也不发射电磁波，使得外辐射源雷达具有反隐身、隐蔽性好、易于部署等特点。此外，由于外辐射源雷达利用外部环境中已经存在的电磁波作为发射信号，不占用额外频段、不干扰现有的无线通信系统，具有节省频谱资源、绿色环保的优点。随着近些年来卫星、手机和其他高性能信号的覆盖范围越来越广，外辐射源雷达的吸引力越来越大，应用也越来越广。当前，外辐射源雷达已被广泛应用于包括战区监视、空中交通管制、沿海监控等商业和军事的诸多领域。为了提升外辐射源雷达系统的参数估计性能，我们引入了MIMO(MultipleInputMultipleOut)技术，MIMO技术起源于无线通信系统，是3G和4G移动通信的重要基础技术。由于这种技术在无线通信领域的巨大成功，著名的雷达信号处理专家Fisher在2004年首次将MIMO用于雷达，并且提出了MIMO雷达的概念。MIMO雷达的多个发射机和接收机分布在空间不同位置，各发射机和接收机分布在空间不同位置，各发射源可以采用不同的信号，各接收机探测到信号被传递到中心处理单元进行集中处理，这就是所谓的集中式处理。也可以各接收子单元先对接收信号进行处理，然后再将所得结果传递到融合中心处理，此为分布式处理。本专利技术采用分布式处理方法。在雷达的参数估计问题中，为了衡量雷达系统的参数估计性能，需要一个量化的综合评价指标。克拉美罗界(Cramer-RaoBound，简称CRB)为任何无偏估计量的方差的下限。即不可能求得一个方差小于下限的无偏估计量，为比较无偏估计量的性能提供了一个标准，是常用的估计性能评价指标。在参数估计的众多方法中，对于先验概率信息未知的信号通常采用最大似然估计法，该方法是一种具有理论性的点估计法，以似然函数最大处的参量作为估计量。这种估计方法的优点是无需知道待估参量的先验信息，也无需知道代价函数，因此不仅适用于先验信息未知的随机变量估计，也适用于非随机的未知参量估计。在MIMO雷达的参数估计问题中，国际雷达学术界已开展了广泛的研究。其中按天线位置信息来分类，MIMO雷达可以分为共置天线MIMO雷达和分置天线MIMO雷达。对于分置天线雷达的CRB计算来说，现有的研究基本上都是围绕集中式处理，例如文献1(Q.He,JianbinHu,RickSBlumandYonggangWu,“GeneralizedCramer-Raoboundforjointestimationoftargetpositionandvelocityforactiveandpassiveradarnetworks”,IEEETransactionsonSignalProcessing,vol.64,no.8,pp.2078-2089,2016)在集中式处理方法中，利用最大似然估计进行联合参数估计，获得一种普遍适用的对于分置天线MIMO雷达的联合目标速度和位置参数估计，并计算了克拉美罗界并计算出了对于目标位置和速度的估计性能的CRB。然而在现实生活中的某些情况，我们需要考虑分布式处理方法，对外辐射源分置天线MIMO雷达的分布式处理进行研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对外辐射源分置天线MIMO雷达，提供一种基于分布式处理的MIMO雷达克拉美罗界计算方法，适用于外辐射源分置天线MIMO雷达的联合目标速度和位置参数估计，进行最大似然估计，并计算克拉美罗界。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：基于分布式处理的MIMO雷达克拉美罗界计算方法，包括以下步骤：步骤1：MIMO雷达系统中包含M个发射机和N个接收机，设定目标位置(x,y)和速度(vx,vy)，定义目标参数θ：将第nm个接收信号按采样值顺序排列成一列，构成接收信号rnm：其中，其中，n＝1,…,N；m＝1,…,M；Em为第m个发射机的发射信号能量；dt,m为目标与第m个发射机的距离，dr,n为目标与第n个接收机的距离，dd,nm表示发射机与接收机的距离，P0表示为在dd,nm＝1时接收能量对发射能量的比值，P1表示dt,m＝dr,n＝1时接收能量对发射能量的比值；K为采样数，Ts为采样周期，IK×K表示K阶单位阵；ud,nm、ut,nm、ft,nm、ζt,nm对应表示第nm条直达波路径的时延、目标回波路径的时延、多普勒频率、反射系数；sm[k]为第k个采样值，gm[k]为接收信号的窗函数；步骤2：计算接收信号rnm的协方差矩阵Cnm：步骤3：设定第nm条路径的局部待估参量ξnm：计算其估计值：令：其中，w′nm服从零均值、协方差矩阵为Q′nm的复高斯分布，Q′nm为关于ξnm的CRB；计算目标参数θ的最大似然估计值步骤4：计算目标参数θ的CRBθ：CRBθ＝J(θ)-1，则CRBθ矩阵的对角元素分别为目标位置x,y和目标速度vx,vy的克拉美罗下界。其中，步骤5：根据：分别计算出对应于x,y,vx,vy的RCRB(根克拉美罗下界)。本专利技术的有益效果在于：本专利技术针对外辐射源分置天线MIMO雷达，提供基于分布式处理的MIMO雷达克拉美罗界计算方法，采用本专利技术计算得的克拉美罗界能够用于评估分置天线外辐射源MIMO雷达网络分布式联合参数估计的性能；并且实际应用中的外辐射源MIMO雷达在进行雷达信号处理时，的确会把最大似然估计可达到的最大性能下界作为评价雷达系统性能好坏的指标之一。综上，本专利技术能够对雷达性能评估起到极大的作用。附图说明图1是实施例中仿真场景示意图。图2是实施例中当目标处于(-20,-20)km时，在高DSR情况下，计算的关于x,y,vx,vy的RMSE和RCRB随SNR变化的示意图。图3是实施例中当目标处于(-20,-20)km时，在低DSR情况下，计算的关于x,y,vx,vy的RMSE和RCRB随SNR变化的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。本实施例中，为了方便描述，首先进行如下定义：为转置，(·)H为共轭转置，表示克罗内克积，⊙表示为Hadamard乘积，IK×K表示K阶单位阵。考虑一个外辐射源分置天线MIMO雷达，有M个单天线发射机和N个单天线接收机，在一个笛卡尔坐标系中，第m(m＝1,…,M)个发射天线和第n(n＝1,…,N)个接收天线分别位于和第m个发射机在kTs时刻的采样值为Ts为采样周期，k(k＝1,…,K)表示第k次采样，Em为第m个发射机的发射信号能量，gm[k]为接收信号的窗函数，所以在kTs时刻第n个接收机接收到的第m个发射机发射的信号为时延ut,nm是目标位置的函数，即其中，为向下取整运算符，ud,nm、ut,nm、ft,nm、ζt,nm对应表示第nm条直达波路径的时延、目标回波路径的时延、多普勒频率和反射系数、反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于分布式处理的MIMO雷达克拉美罗界计算方法，包括以下步骤：步骤1：MIMO雷达系统中包含M个发射机和N个接收机，设定目标位置(x,y)和速度(v

【技术特征摘要】
1.基于分布式处理的MIMO雷达克拉美罗界计算方法，包括以下步骤：步骤1：MIMO雷达系统中包含M个发射机和N个接收机，设定目标位置(x,y)和速度(vx,vy)，定义目标参数θ：将第nm个接收信号按采样值顺序排列成一列，构成接收信号rnm：其中，其中，n＝1,…,N；m＝1,…,M；Em为第m个发射机的发射信号能量；dt,m为目标与第m个发射机的距离，dr,n为目标与第n个接收机的距离，dd,nm表示发射机与接收机的距离，P0表示为在dd,nm＝1时接收能量对发射能量的比值，P1表示dt,m＝dr,n＝1时接收能量对发射能量的比值；K为采样数，Ts为采样周期，IK×K表示K阶单位阵；ud,nm、ut,nm、ft,nm、ζt,nm对应表示第nm条直达波路径的时延、目标回波路径的时延、多普勒频率、反射系数；sm[k]为第k个...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永刚，何茜，胡建宾，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51