基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法，其主要思路为：确定集中式MIMO雷达，设定集中式MIMO雷达的检测范围内存在Q个目标，并集中式MIMO雷达对其检测范围内第q个目标进行观测后得到的观测向量zq；进而计算集中式MIMO雷达第q个波束的最优发射功率pq,opt；令q的值分别取1至Q，进而得到集中式MIMO雷达第1个波束的最优发射功率p1,opt至集中式MIMO雷达第Q个波束的最优发射功率pQ,opt，记为集中式MIMO雷达Q个波束的最优发射功率，所述集中式MIMO雷达Q个波束的最优发射功率为基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配结果。

【技术实现步骤摘要】
基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法
本专利技术属于雷达信号处理
，特别涉及一种基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法，适用于实现基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配，并能够尽可能的节省集中式MIMO雷达的功率资源。
技术介绍
多目标定位与跟踪一直是军事领域中需要研究的一个重要课题，同时也是目前的难点问题；从技术上来讲，通过同时多波束工作模式，单部集中式MIMO雷达可对多个目标进行定位与跟踪，从而获取多个目标的运动状态估计。在这种工作模式下，每个波束独立地照射不同的目标；相对于传统单个波束跟踪的模式，这种方法可降低峰值功率，进而满足军事应用中低截获的需求，同时也可以提升波束在各个目标上的驻留时间，进而提升多普勒分辨力。理论上，雷达各个波束的发射功率越大，各个目标的跟踪性能越好；随着波束个数的增加，雷达系统的发射总功率会逐渐增大；为了使雷达系统的发射总功率不超过硬件的可承受范围，需要限制多波束的总发射功率。因此，为了更好的对多目标进行定位与跟踪就需要合理分配系统有限的发射资源。目前，针对资源调度的工作有很多，但大多集中于多基雷达系统；针对MIMO雷达平台，文献“Priorknowledgebasedsimultaneousmultibeampowerallocationalgorithmforcognitivemultipletargetstrackinginclutter”提出了一种针对杂波背景下多目标跟踪的资源分配方法，可在资源有限的情况下提升多目标的跟踪精度。作为其扩展，文献“Simultaneousmultibeamresourceallocationschemeformultipletargettracking”提出了一种波束与功率联合分配方法，可进一步提升系统有限资源的利用效率。从数学上来讲，上述资源分配方法均以目标跟踪误差的贝叶斯克拉美罗界(BCRLB)为代价函数；而为了获得这个代价函数，必须假设目标的雷达散射截面(RCS)信息先验已知。在实际中，目标的雷达散射截面RCS信息与很多时变量(目标的姿态、视角和位置等)有关，因此是无法精确获取的。为了克服这个问题，已有算法将目标的雷达散射截面RCS加入待估计的跟踪状态变量中，并将其转移模型设定为一阶Markov过程；通过状态变量的递推，可提前预测目标的雷达散射截面RCS信息，进而用于代价函数的计算；这一算法虽然克服了目标的雷达散射截面RCS不可预测的问题，但在模型失配的情况下，可能导致算法性能的急剧下降。
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机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法，该种基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法用于在集中式MIMO雷达的条件下，并基于机会约束实现多波束功率的分配，能够实现检测跟踪联合处理，尽可能的节省集中式MIMO雷达的功率资源。本专利技术的基本思路：首先推导目标定位误差的克拉美罗界(CRLB)，并构建机会约束规划模型，接着将机会约束规划问题转换为确定性优化问题；而后，在给定问题KKT条件的情况下，将该确定性优化问题化简为非线性方程求解问题，进而给出了资源分配问题的解析解，即基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配结果。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。一种基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法，包括以下步骤：步骤1，确定集中式MIMO雷达，设定集中式MIMO雷达的检测范围内存在Q个目标，设定集中式MIMO雷达发射Q个波束对其检测范围内的Q个目标进行检测，每个波束分别对应一个目标；并分别设定集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束功率为pq，设定集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束带宽为βq，设定集中式MIMO雷达到第q个目标的径向距离为Rq，以及设定第q个目标与集中式MIMO雷达的俯仰角度为φq；其中，q＝1,...,Q，Q为大于0的正整数；步骤2，根据集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束功率pq、集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束带宽βq、集中式MIMO雷达到第q个目标的径向距离Rq、第q个目标与集中式MIMO雷达的俯仰角度φq，计算得到集中式MIMO雷达对其检测范围内第q个目标进行观测后得到的观测向量zq；步骤3，根据集中式MIMO雷达对其检测范围内第q个目标进行观测后得到的观测向量zq，计算得到集中式MIMO雷达第q个波束的最优发射功率pq,opt；令q的值分别取1至Q，进而得到集中式MIMO雷达第1个波束的最优发射功率p1,opt至集中式MIMO雷达第Q个波束的最优发射功率pQ,opt，记为集中式MIMO雷达Q个波束的最优发射功率，所述集中式MIMO雷达Q个波束的最优发射功率为基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配结果。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：第一，由于本专利技术给出了机会约束规划问题的解析解，所以降低了运算的复杂度，提升了本专利技术的实时性。第二，由于本专利技术采用机会约束规划模型，在最坏情况下或者以高概率满足定位精度需求，所以能够节省集中式MIMO雷达的功率资源率，在相同总功率时能够提升集中式MIMO雷达的性能，同时提升了本专利技术的稳健性。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为本专利技术的一种基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法流程图；图2为雷达与目标的空间位置关系图；图3为在保证多目标跟踪精度联合溢出概率为δ＝0.05的前提下，集中式MIMO雷达各波束的功率分配图。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法流程图；其中所述基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法，包括以下步骤：步骤1，建立信号模型。确定集中式MIMO雷达，设定集中式MIMO雷达的检测范围内存在Q个目标，设定集中式MIMO雷达发射Q个波束对其检测范围内的Q个目标进行检测，每个波束分别对应一个目标。以集中式MIMO雷达所在位置为原点、东西方向为x轴、南北方向为y轴建立平面坐标系，集中式MIMO雷达和Q个目标在平面坐标系内，集中式MIMO雷达在平面坐标系中的坐标为(x,y)，x表示集中式MIMO雷达在x轴方向上的位置，y表示集中式MIMO雷达在y轴方向上的位置；集中式MIMO雷达检测范围内第q个目标的位置为xq，xq＝(xq,yq)T，xq表示集中式MIMO雷达检测范围内第q个目标在x轴方向上的位置，yq表示集中式MIMO雷达检测范围内第q个目标在y轴方向上的位置，上标T表示转置，q＝1,...,Q，Q为大于0的正整数。然后按照下式给出集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射带宽为βq的窄带信号波形sq(t)，其表达式为：其中，βq表示集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束带宽，fc表示集中式MIMO雷达发射的每一个波束载频，pq表示集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束功率，Sq(t)表示集中式MIMO雷达接收其检测范围内第q个目标反射的波束复包络，t表示时间变量。构建集中式MIMO雷达接收检测范围内第q个目标反射的回本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定集中式MIMO雷达，设定集中式MIMO雷达的检测范围内存在Q个目标，设定集中式MIMO雷达发射Q个波束对其检测范围内的Q个目标进行检测，每个波束分别对应一个目标；并分别设定集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束功率为pq，设定集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束带宽为βq，设定集中式MIMO雷达到第q个目标的径向距离为Rq，以及设定第q个目标与集中式MIMO雷达的俯仰角度为φq；其中，q＝1,...,Q，Q为大于0的正整数；步骤2，根据集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束功率pq、集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束带宽βq、集中式MIMO雷达到第q个目标的径向距离Rq、第q个目标与集中式MIMO雷达的俯仰角度φq，计算得到集中式MIMO雷达对其检测范围内第q个目标进行观测后得到的观测向量zq；步骤3，根据集中式MIMO雷达对其检测范围内第q个目标进行观测后得到的观测向量zq，计算得到集中式MIMO雷达第q个波束的最优发射功率pq,opt；令q的值分别取1至Q，进而得到集中式MIMO雷达第1个波束的最优发射功率p1,opt至集中式MIMO雷达第Q个波束的最优发射功率pQ,opt，记为集中式MIMO雷达Q个波束的最优发射功率，所述集中式MIMO雷达Q个波束的最优发射功率为基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定集中式MIMO雷达，设定集中式MIMO雷达的检测范围内存在Q个目标，设定集中式MIMO雷达发射Q个波束对其检测范围内的Q个目标进行检测，每个波束分别对应一个目标；并分别设定集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束功率为pq，设定集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束带宽为βq，设定集中式MIMO雷达到第q个目标的径向距离为Rq，以及设定第q个目标与集中式MIMO雷达的俯仰角度为φq；其中，q＝1,...,Q，Q为大于0的正整数；步骤2，根据集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束功率pq、集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束带宽βq、集中式MIMO雷达到第q个目标的径向距离Rq、第q个目标与集中式MIMO雷达的俯仰角度φq，计算得到集中式MIMO雷达对其检测范围内第q个目标进行观测后得到的观测向量zq；步骤3，根据集中式MIMO雷达对其检测范围内第q个目标进行观测后得到的观测向量zq，计算得到集中式MIMO雷达第q个波束的最优发射功率pq,opt；令q的值分别取1至Q，进而得到集中式MIMO雷达第1个波束的最优发射功率p1,opt至集中式MIMO雷达第Q个波束的最优发射功率pQ,opt，记为集中式MIMO雷达Q个波束的最优发射功率，所述集中式MIMO雷达Q个波束的最优发射功率为基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配结果。2.如权利要求1所述的一种基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法，其特征在于，在步骤1中，所述集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束功率pq，其确定过程为：构建集中式MIMO雷达接收检测范围内第q个目标反射的回波信号模型为rq(t)：其中，hq表示集中式MIMO雷达检测范围内第q个目标的散射截面积，αq表示集中式MIMO雷达检测范围内第q个目标接收到的回波信号功率相对于波束功率pq的衰减，αq∝1/(Rq)4，Rq表示集中式MIMO雷达到第q个目标的径向距离，∝表示正比于；pq表示集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束功率，Sq(t-τq)表示经过τq时刻集中式MIMO雷达接收到其检测范围内第q个目标反射的波束复包络，τq表示集中式MIMO雷达接收其检测范围内第q个目标反射相对于集中式MIMO雷达向检测范围内第q个目标发射信号的时延，wq(t)表示集中式MIMO雷达接收其检测范围内第q个目标回波信号的噪声，t表示时间变量；进而从所述集中式MIMO雷达接收检测范围内第q个目标反射的回波信号模型为rq(t)中获得集中式MIMO雷达向其检测范围内第q个目标发射的波束功率pq。3.如权利要求2所述的一种基于机会约束的集中式MIMO雷达多波束功率分配方法，其特征在于，在步骤2中，所述集中式MIMO雷达对其检测范围内第q个目标进行观测后得到的观测向量zq，其表达式为：zq＝g(xq)+vq；其中，g(xq)表示集中式MIMO雷达检测范围内第q个目标的观测函数，vq表示集中式MIMO雷达对其检测范围内第q个目标进行观测的观测误差，其表达式分别为：其中，xq表示集中式MIMO雷达检测范围内第q个目标的位置，上标T表示转置，Rq表示集中式MIMO雷达到第q个目标的径向距离，φq表示第q个目标与集中式MIMO雷达的俯仰角度，△Rq表示集中式MIMO雷达对第q个目标进行测距的量测误差，△φq表示集中式MIMO雷达对第q个目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：严俊坤，陈林，刘宏伟，周生华，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61