基于发射能量集中的双基地MIMO雷达角度估计方法技术

本发明专利技术公开了基于发射能量集中的双基地MIMO雷达角度估计方法，其实现为：在已知目标相对于发射阵列角度区域的情况下，通过求解凸优化问题设计发射波束域矩阵并对其缩放；定义基于发射波束域矩阵的发射波形，以得到接收回波模型；对接收回波模型进行匹配滤波，并将滤波后的数据转换为列矢量构造新的回波模型；对新构造的回波模型求解其自相关矩阵，并对自相关矩阵进行特征值分解得到包含波离角和波达角信息的信号子空间；根据信号子空间得到目标波离角与波达角的估计值；建立映射关系以补偿在求解凸优化问题过程中的波离角差值误差，得到目标波离角的最优估计值。本发明专利技术解决了现有技术发射能量不集中的问题，提高了测角精度，可用于目标探测。

Bistatic MIMO Radar Angle Estimation Method Based on Emission Energy Concentration

【技术实现步骤摘要】
基于发射能量集中的双基地MIMO雷达角度估计方法
本专利技术属于雷达
，更进一步涉及双基地MIMO雷达角度估计方法，可用于改善传统双基地MIMO雷达在测角过程中各个方向的发射增益都比较均匀而造成的能量损失问题。
技术介绍
与传统的相控阵雷达相比，MIMO雷达近年来引起了广泛的关注，MIMO雷达是在常规相控阵雷达的基础上要求发射天线发射不完全相关的波形，当发射正交波形时就可以使得信号在空域的覆盖范围更广泛，在信号处理时，就可以同时形成多波束来覆盖空域范围。在双基地MIMO雷达中，波离角DOD指的是雷达发射信号方向与发射天线法线的夹角，波达角DOA指的是目标回波方向与接收天线法线的夹角。波离角和波达角的角度测量是双基地MIMO雷达的一个重要研究领域。双基地MIMO雷达波离角和波达角的测角方法现阶段主要是基于子空间类的算法，基于子空间类的算法中常用的是ESPRIT算法和MUSIC算法。相比于MUSIC算法，ESPRIT算法通过两个特性完全相同的子阵，利用旋转不变技术，避免了MUSIC算法的谱峰搜索，具有更好的稳健性。在文献“AngleestimationusingESPRITinMI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于发射能量集中的双基地MIMO雷达角度估计方法(基于发射能量集中的双基地MIMO雷达测角优化方法)，其特征在于，包括如下：(1)设置双基地MIMO雷达的发射阵元数为M,接收阵元数为N，双基地MIMO雷达总的发射能量为E，发射波束域空间维度为L，雷达一个相干处理间隔CPI内总的回波脉冲数为Q,在目标空域中有G个目标；(2)根据目标相对于发射阵列的角度区域利用凸优化方法设计发射波束域矩阵W，并对W进行放缩，使其满足tr(W

【技术特征摘要】
1.一种基于发射能量集中的双基地MIMO雷达角度估计方法(基于发射能量集中的双基地MIMO雷达测角优化方法)，其特征在于，包括如下：(1)设置双基地MIMO雷达的发射阵元数为M,接收阵元数为N，双基地MIMO雷达总的发射能量为E，发射波束域空间维度为L，雷达一个相干处理间隔CPI内总的回波脉冲数为Q,在目标空域中有G个目标；(2)根据目标相对于发射阵列的角度区域利用凸优化方法设计发射波束域矩阵W，并对W进行放缩，使其满足tr(W*WT)＝L，得到缩放后的发射波束域矩阵W'，其中，[·]*表示矩阵的共轭，[·]T表示矩阵的转置，tr(·)表示矩阵的迹；(3)根据基于发射波束域的发射波形计算得到第q个接收脉冲的回波信号矩阵Xq，再对Xq从1到Q依次取q值，得到回波信号矩阵X＝[X1,X2,...,Xq,...,XQ],其中，[·]*表示矩阵的共轭，表示双基地MIMO雷达发射阵列发射的L个相互正交的波形，且SSH＝IL，IL表示L×L的单位矩阵，t＝1,2,...,T,T表示每个脉冲周期的采样数，表示发射波形S中第m个阵元发射的波形，q＝1,...,Q表示脉冲编号；(4)对第q个接收脉冲的回波信号Xq进行匹配滤波，并将匹配滤波后的数据矩阵Yq转化为列矢量yq,进而构建新的回波信号矩阵Y；(5)计算新构造的回波信号矩阵Y的自相关矩阵R，并对该自相关矩阵R进行特征值分解，确定信号子空间Es；(6)根据信号子空间Es，计算得到目标波离角估计值和波达角估计值其中，k＝1,...,G，表示目标编号；(7)建立无噪声的回波信号矩阵模型：其中A为发射导向矩阵，B为接收导向矩阵，C为反射系数矩阵，[·]H表示矩阵的共轭转置，⊙表示Khatri-Rao积；(8)根据(7)中的无噪声的回波矩阵模型，当发射天线和接收天线的阵列结构为半波长等间隔均匀线阵ULA时,可得到以下映射关系：其中Jt,1＝[IL-1,0],Jt,2＝[0,IL-1]，IL-1为L-1阶单位阵，θi表示目标相对于发射阵列的角度区域内第i个采样点的角度值，a(θi)为目标空域的发射导向矢量，表示目标相对于发射阵列的角度区域内第i个采样点的映射角度值，与θi一一对应，i＝1,...,I，I为目标相对于发射阵列的角度区域的采样点数；(9)根据(8)中得到的映射关系，计算出(7)中信号模型所对应的波离角(10)在无噪声信号模型所对应的波离角中找到与每个目标的波离角估计值最接近的波离角再通过(8)中映射关系找到所对应的θi，并将其作为所对应目标波离角的最优估计值。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，(2)中根据目标所位于空间扇区的位置利用凸优化方法设计发射波束域矩阵W,实现如下：(2a)当发射天线和接收天线的阵列结构为半波长等间隔均匀线阵ULA时，则可将一个L×1的虚拟发射导向矢量表示为：其中，[·]T表示矢量的转置，θ表示目标的波离角；(2b)根据(2a)设计的参数，通过求解下列凸优化问题得到发射波束域矩阵W：其中，[·]H表示矩阵的共轭转置，||·||表示矩阵的2-范数，θi∈Θ,i＝1,2,...,I，Θ表示目标相对于发射阵列的角度区域，I表示Θ的采样点总个数，表示Θ的补集角度区域，J表示的采样点总个数，[·]T表示矩阵的转置，α表示在Θ中最大可接受WHa(θi)和之间的误差。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，(3)中得到回波信号矩阵X＝[X1,X2,...,Xq,...,XQ]，其实现如下：(3a)当发射和接收阵列为半波长等间隔均匀线阵ULA时，第k个目标的波离角和波达角分别用θk和表示，k＝1,2,…,G，则发射导向矩阵A和接收导向矩阵B可分别表示为：A＝[a(θ1),a(θ2),...a(θk),...,a(θG)]其中，表示第k个目标的发射导向矢量，表示第k个目标的接收的导向矢量；(3b)G个目标在第q个回波脉冲的反射系数对角矩阵Λq可表示为：Λq＝diag(cq)其中，diag(·)表示对角化操作，cq＝[α1,q,α2,q,...αk,q,...,αG,q]T表示G个目标在第q个回波脉冲的反射系数向...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永波，黄隆，徐保庆，
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