一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法技术

本发明专利技术公开一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法，包含：S1、计算具有一维线阵天线阵面MIMO雷达系统的模糊函数；S2、获取MIMO雷达和、差波束信号；S3、计算振幅和差单脉冲测角误差信号；S4、求解距离角度解耦的频率编码条件；S5、定义粒子群优化算法初始化参数；S6、更新粒子位置、速度矢量；S7、更新粒子当前最优位置矢量；S8、更新粒子全局最优位置矢量；S9、判断迭代次数是否达到最大迭代次数，若是，则执行步骤S10，若否，则重复S6～S9，直至退出迭代；S10、配置MIMO雷达发射信号的频率编码。本发明专利技术实现了MIMO雷达距离角度模糊度图的解耦，避免了两维测量误差耦合引起的附加误差，确保了MIMO雷达的距离、角度分辨能力，增强了工程实际中的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法
本专利技术属于雷达信号处理领域，特别涉及一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法。
技术介绍
多输入多输出(Multiple-input-multiple-output，MIMO)雷达的发射频率间隔与脉冲宽度满足一定条件，形成正交波形发射，具有宽波束能力，能够实现宽波束探测，并利用正交波形在发射信号空间不合成的特点，有效降低了被侦察、截获和干扰概率。之后在接收端通过综合处理，可获得高的距离和角度分辨率。目前，常用的正交发射波形为正交频率编码的线性调频信号，但在采用此种发射波形的MIMO雷达中，若采用线性频率编码，则其距离-角度维模糊度图为“斜刀刃”，存在距离-角度耦合现象，任意一维参数的测量误差将耦合到另一维度中，并带来附加的测量误差。现有技术中：专利技术专利申请(CN105699953A，频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法)提供了一种频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，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。该方法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，可用于目标的距离一角度联合检测。但频率分集MIMO雷达需要对MIMO正交发射波形进行载频偏移操作，这对MIMO波形正交性的影响未知，无法保证后级信号处理的性能。专利技术专利申请(CN105785328A，基于子阵划分的FDA距离-角度解耦合波束形成方法)提供了一种基于子阵划分的FDA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实现距离-角度解耦合波束形成的问题。该方法改变了波束主瓣的指向，实现距离-角度二维解耦合波束形成，大大提高了波束控制的灵活性。但该方法得到的距离维、角度维的分辨率都难以满足实际系统的性能指标。2013年第3期《信号处理》杂志中公开的文献《双基地MIMO雷达搜索处理方法研究》针对步进频分线性调频信号的距离角度耦合现象，研究了双基地MIMO雷达简化的搜索处理结构，根据距离-角度耦合效应提出了一种搜索距离段划分方式，将发射阵列间的空间频率偏差限制在一定范围内，可降低匹配滤波处理输出的损失，实现了低复杂度的双基地MIMO雷达搜索方式。但该方法中为对距离角度耦合进行解耦处理，无法保证雷达的空间分辨力。2018年电子科技大学博士学位论文中公开的文献《频控阵发射波束形成及其应用方法研究》针对波束图的距离角度耦合问题，对相控阵中每个阵元的载频添加小频偏后，使天线阵元按时间依次发送多个载波，进一步提高频率上的自由度，通过每个频率上设计的加权矢量综合得到点型波束图，从而达到去耦合的目的。但该方法应用到实际雷达系统中时，由每个阵元上引入的小频偏会引起波束图的时变，无法得到稳定的探测波束。即使从原理上实现了解耦，也无法完成对目标距离、角度的可靠探测。由上可知，针对MIMO雷达中距离-角度耦合问题，现有文献及专利中解耦方法无法提供较好的工程化解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于粒子群优化法的MIMO雷达距离角度解耦方法，针对采用正交频率编码线性调频信号的MIMO雷达，从MIMO模糊函数及雷达测角方法出发，研究频率编码对距离角度耦合性的影响，并采用基于粒子群优化的方法实现最优频率编码的选取，实现了MIMO雷达距离角度模糊度图的解耦，避免了两维测量误差耦合引起的附加误差，确保了MIMO雷达的距离、角度分辨能力。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法，包含以下步骤：S1、提供具有一维线阵天线阵面MIMO雷达系统的模糊函数；S2、获取MIMO雷达和波束信号与差波束信号；S3、计算振幅和差单脉冲测角误差信号；S4、求解距离角度解耦的频率编码条件；S5、定义粒子群优化算法初始化参数；S6、更新粒子位置矢量和速度矢量；S7、更新粒子当前最优位置矢量；S8、更新粒子全局最优位置矢量；S9、判断是否满足迭代退出条件，若是，则执行步骤S10，若否，则跳转至步骤S6，重复步骤S6～S9，直至满足迭代退出条件；其中，迭代退出条件为迭代次数达到定义的最大迭代次数；S10、配置MIMO雷达发射信号的频率编码。优选地，所述步骤S1中，所述模糊函数为：式中，一维天线阵面具有N个阵元，第k个阵元发射信号频率为fk，各路天线间的频率间隔为Δf，fk＝f0+mk·Δf，f0为载频，mk为第k个阵元的发射信号频率编码，且mk∈{-(N-1)/2,...,0,...,(N-1)/2}；表示N×N的空时协方差函数矩阵；τk,l(p1)表示从MIMO雷达第k个发射阵元发射的信号在位置p1处反射后，由MIMO雷达第l个接收阵元接收到为止，这整个过程持续的时间；τk,l(p2)表示从MIMO雷达第k个发射阵元发射的信号在位置p2处反射后，由MIMO雷达第l个接收阵元接收到为止，这整个过程持续的时间；fd1表示p1位置处目标的多普勒频率，fd2表示p2位置处目标的多普勒频率；表示每个接收机中匹配滤波器组的第个匹配滤波器；sk表示第k个发射信号的复包络；γk,l(Θ1)表示目标运动的拉伸因子，且γk,l(Θ)＝1+fk,l(Θ)/f0；t表示系统时间；表示sk的共轭信号；表示第个匹配滤波器与第l个接收阵元所构成通道内的拉伸因子；表示发射信号打到位置处p2时，第个匹配滤波器与第l个接收阵元所构成通道内的时延；参数M为参量，表征fk,l(Θ1)表示发射信号打到位置Θ1处，由第k个发射阵元与第l个接收阵元阵构成通道内由目标运动引起的多普勒频移；表示发射信号打到位置Θ2处，由第个匹配滤波器第l个接收阵元阵构成通道内由目标运动引起的多普勒频移。优选地，所述步骤S2中，在(R,θ+σθ)、(R,θ-σθ)两个方向上的波束信号为：其中，R表示距离；θ表示角度；R0为目标距离，θ0为期望信号方向，F(R,θ±σθ)表征在期望信号方向附近的两个波束信号，σθ表征波束指向偏离角；wH(R,θ±σθ)表示在距离为R、角度分别为θ±σθ位置处，天线阵面权重系数的数的共轭转置值；；a为导向矢量，ΔR为距离偏差，Δθ为角度偏差，dk为一维线阵中第k个阵元距离一维线阵参考原点的距离，c为光速；MIMO雷达和波束信号为：MIMO雷达差波束信号为：优选地，所述步骤S3中，计算的振幅和差单脉冲测角误差信号为：优选地，所述步骤S4中，令式(5)中ΔR的系数为0，得到下式(6)，为：其中，fk＝f0+mk·Δf，代入式中(6)，获取关系如下：当且仅当满足式(7-1)时才能保证距离与角度不发射耦合，式(7-1)如下：基于式(7-1)，可得到MIMO雷达距离角度解耦的频率编码条件如下：优选地，步骤S5中，定义参数搜索空间Ω、维数D、粒子数目Ns、最大迭代次数Kmax、粒子位置矢量ξi(k)和粒子搜索速度矢量vi(k)，k＝1,2,…,Kmax为迭代次数，i为粒子索引号，且i＝1,2,…,Ns；令粒子初始位置ξi(1)在Ω中均匀分布。优选地，所述步骤S6中，更新的粒子位置ξi(k+1)和速度矢量vi(k+1)分别为：vi(k+1)＝ω·vi(k)+c1·p1·(bi(k)-ξi(k))+c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、提供具有一维线阵天线阵面MIMO雷达系统的模糊函数；S2、获取MIMO雷达和波束信号与差波束信号；S3、计算振幅和差单脉冲测角误差信号；S4、求解距离角度解耦的频率编码条件；S5、定义粒子群优化算法初始化参数；S6、更新粒子位置矢量和速度矢量；S7、更新粒子当前最优位置矢量；S8、更新粒子全局最优位置矢量；S9、判断是否满足迭代退出条件，若是，则执行步骤S10，若否，则跳转至步骤S6，重复步骤S6～S9，直至满足迭代退出条件；其中，迭代退出条件为迭代次数达到定义的最大迭代次数；S10、配置MIMO雷达发射信号的频率编码。

【技术特征摘要】
1.一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、提供具有一维线阵天线阵面MIMO雷达系统的模糊函数；S2、获取MIMO雷达和波束信号与差波束信号；S3、计算振幅和差单脉冲测角误差信号；S4、求解距离角度解耦的频率编码条件；S5、定义粒子群优化算法初始化参数；S6、更新粒子位置矢量和速度矢量；S7、更新粒子当前最优位置矢量；S8、更新粒子全局最优位置矢量；S9、判断是否满足迭代退出条件，若是，则执行步骤S10，若否，则跳转至步骤S6，重复步骤S6～S9，直至满足迭代退出条件；其中，迭代退出条件为迭代次数达到定义的最大迭代次数；S10、配置MIMO雷达发射信号的频率编码。2.如权利要求1所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述模糊函数为：式中，一维天线阵面具有N个阵元，第k个阵元发射信号频率为fk，各路天线间的频率间隔为Δf，fk＝f0+mk·Δf，f0为载频，mk为第k个阵元的发射信号频率编码，且mk∈{-(N-1)/2,...,0,...,(N-1)/2}；表示N×N的空时协方差函数矩阵；τk,l(p1)表示从MIMO雷达第k个发射阵元发射的信号在位置p1处反射后，由MIMO雷达第l个接收阵元接收到为止，这整个过程持续的时间；τk,l(p2)表示从MIMO雷达第k个发射阵元发射的信号在位置p2处反射后，由MIMO雷达第l个接收阵元接收到为止，这整个过程持续的时间；fd1表示p1位置处目标的多普勒频率，fd2表示p2位置处目标的多普勒频率；表示每个接收机中匹配滤波器组的第个匹配滤波器；sk表示第k个发射信号的复包络；γk,l(Θ1)表示目标运动的拉伸因子，且γk,l(Θ)＝1+fk,l(Θ)/f0；t表示系统时间；表示sk的共轭信号；表示第个匹配滤波器与第l个接收阵元所构成通道内的拉伸因子；表示发射信号打到位置处p2时，第个匹配滤波器与第l个接收阵元所构成通道内的时延；参数M为参量，表征fk,l(Θ1)表示发射信号打到位置Θ1处，由第k个发射阵元与第l个接收阵元阵构成通道内由目标运动引起的多普勒频移；表示发射信号打到位置Θ2处，由第个匹配滤波器第l个接收阵元阵构成通道内由目标运动引起的多普勒频移。3.如权利要求2所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法，其特征在于，所述步骤S2中，在(R,θ+σθ)、(R,θ-σθ)两个方向上的波束信号为：其中，R表示距离；θ表示角度；R0为目标距离，θ0为期望信号方向，F(R,θ±σθ)表征在期望信号方向附近的两个波束信号，σθ表征波束指向偏离角；wH(R...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兵兵，黄飞，杜科，朱炳祺，邹小东，李乾，封淑青，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31