基于发射方向图的集中式MIMO雷达系统功率分配方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于发射方向图的集中式MIMO雷达系统功率分配方法，实现步骤为：初始化集中式MIMO雷达系统和运动目标参数；推导每个目标的预测条件克拉美罗界；建立基于方向图设计的集中式MIMO雷达系统功率分配模型；将基于方向图设计的集中式MIMO雷达系统功率分配模型转化为半正定规划问题进行求解；通过优化发射波形相关矩阵集合计算发射方向图；通过发射方向图获取集中式MIMO雷达系统的发射功率分配结果。本发明专利技术通过优化发射波形相关矩阵可以实时地调整发射方向图峰值方向，使得发射方向图峰值对准需要跟踪的目标，充分有效地利用了每个集中式MIMO雷达波束的跟踪能力，有效提高了目标的跟踪精度。提高了目标的跟踪精度。提高了目标的跟踪精度。

【技术实现步骤摘要】
基于发射方向图的集中式MIMO雷达系统功率分配方法


[0001]本专利技术属于雷达系统资源管理与优化的
，涉及一种基于发射方向图的集中式MIMO雷达系统功率分配方法，可用于在有限雷达功率资源预算条件下的资源分配，最大限度地提高雷达的跟踪能力。

技术介绍

[0002]多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达具有多个发射和接收天线，各发射天线可以发射不同信号，这使得MIMO雷达具有波形分集的优势。根据天线的间距，通常将MIMO雷达分为分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达。对于分布式MIMO雷达，收发天线间距足够大，可以从不同的视角观测目标，各发射天线发射相互正交的信号，各接收天线回波间保持相互独立的统计特性，可以克服目标闪烁效应，从而提高目标检测性能；集中式MIMO雷达具有与相控阵雷达类似的布阵方式，天线间距较小。但由于集中式MIMO雷达的波形分集优势，相比相控阵雷达具有更高的自由度，可以获得更高的角度分辨率，更好的参数辨别能力、抗截获能力。
[0003]理论上，各个集中式MIMO雷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于发射方向图的集中式MIMO雷达系统功率分配方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)初始化集中式MIMO雷达系统和运动目标参数：初始化二维平面内分布有包括N个MIMO雷达S＝{S1,...,S
n
,...,S
N
}的集中式MIMO雷达系统和Q个运动目标T＝{T1,...,T
q
,...,T
Q
}，集中式MIMO雷达系统的总功率为P
total
，第k时刻第n个MIMO雷达S
n
对第q个目标T
q
的目标方位角为θ
n,q,k
,其中，N≥2，Q≥2，2≤k≤K，K≥2；(2)推导目标T
q
的预测条件克拉美罗界：(2a)计算第k时刻第n个MIMO雷达S
n
关于目标方位角θ
n,q,k
的导向矢量α
n
(θ
n,q,k
)，并通过α
n
(θ
n,q,k
)计算第k时刻S
n
对目标T
q
的目标方位角θ
n,q,k
的导向矢量协方差矩阵B
n
(θ
n,q,k
)；(2b)通过第k时刻S
n
对目标T
q
的目标方位角θ
n,q,k
的导向矢量协方差矩阵B
n
(θ
n,q,k
)，以及第k时刻S
n
的发射波形相关矩阵R
n,k
、第k时刻S
n
对目标T
q
量测函数g
n,q,k
的雅克比矩阵G
n,q,k
、第k时刻S
n
对目标T
q
的量测噪声协方差矩阵Σ
n,q,k
，构建第k时刻的目标T
q
的数据预测条件费希尔信息矩阵希尔信息矩阵Y
n,q,k
＝(Tr(R
n,k
B
n
(θ
n,q,k
)))Σ
n,q,k
其中，Y
n,q,k
表示第k时刻S
n
对目标T
q
的剩余矩阵，即由剩余参数组成的矩阵，[
·
]
T
表示转置操作，[
·
]
‑1表示求逆操作，Tr(
·
)表示求迹操作；(2c)构建第k时刻的目标T
q
的先验信息预测条件费希尔信息矩阵并通过与第k时刻的目标T
q
的数据预测条件费希尔信息矩阵构建第k时刻的目标T
q
的预测条件费希尔信息矩阵然后对求逆，得到第k时刻的目标T
q
的预测条件克拉美罗界的预测条件克拉美罗界的预测条件克拉美罗界(3)建立基于方向图设计的集中式MIMO雷达系统功率分配模型：对第k时刻的目标T
q
的预测条件克拉美罗界进行求迹，得到第k时刻的Q个运动目标T的跟踪误差集合并以W
k
中跟踪误差的最大值为目标函数，以第k时刻集中式MIMO雷达系统的总功率小于等于给定的总功率P
total
，以及第k时刻每个MIMO雷达S
n
的发射功率P
n,k
存在上下界为条件，建立基于方向图设计的集中式MIMO雷达系统功率分配模型ρ1：：：
其中，分别表示第k时刻S
n
的发射功率P
n,k
的下界、上界，0表示零矩阵，(
·
)≥0表示(
·
)是半正定矩阵；(4)将基于方向图设计的集中式MIMO雷达系统功率分配模型转化为半正定规划问题进行求解：(4a)引入辅助矩阵D
k
，并对D
k
进行求迹得到Tr(D
k
)，通过Tr(D
k
)替代多波束功率分配模型ρ1中的得到与基于方向图设计的集中式MIMO雷达系统功率分配模型ρ1等价的半正定规划问题ρ2：：P
k
′
≤P
total
,,其中，I4表示4
×
4维单位矩阵；(4b)利用凸优化工具包CVX对半正定规划问题ρ2进行求解，得到第k时刻集中式MIMO雷达系统的优化发射波形相关矩阵集合R
k,opt
＝{R
1,k,opt
,...,R
n,k,opt
,...R
N,k,opt

【专利技术属性】
技术研发人员：左磊，胡娟，李亚超，李明，孙浩，禄晓飞，高永婵，全英汇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：