基于连通域划分的统计mimo雷达多目标定位方法
【专利摘要】本发明提供一种基于连通域划分的统计MIMO雷达多目标定位方法，采用两步搜索的方法，且第二次搜索为某个较小的范围内搜索，所以能以较低的搜索量得到较高的定位精度并实现多目标同时定位。并且本发明采用经过匹配滤波后信号作为量测数据，适用于在各个接收孔径上分别独立完成匹配滤波的统计MIMO雷达，并且考虑到实际雷达工作中目标的信息未知，将最大似然估计用广义似然估计代替，性能较稳定且具有自适应特性。利用数据连通域分离各目标的位置坐标范围，在此坐标范围内重新搜索即得目标位置估计，能应用于统计MIMO雷达网络系统的多目标定位领域。
【专利说明】基于连通域划分的统计ΜΙΜΟ雷达多目标定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达信号处理领域，涉及统计多输入多输出ΜΜ0雷达定位技术。
【背景技术】
[0002] ΜΙΜΟ雷达是近年来新体制雷达的研究热点，它采用多个发射天线和多个接收天 线，各天线根据系统要求可以进行灵活布置，并且各发射天线可以同时发射完全正交或部 分相关的信号。其中统计ΜΜ0雷达的阵元间距较远，满足空间分集条件。通过合并不同观 测角度的回波信号，统计ΜΜ0雷达可以抑制目标的RCS闪烁，获得较大的空间分集增益，提 高了雷达的检测性能和定位精度。
[0003] 现有的统计ΜΙΜΟ雷达高精度定位方法主要有基于点迹融合的定位法和基于原始 回波信号的信号级定位法。信号级定位法以原始基带回波信号为量测值，计算关于待估计 参数（即目标的位置坐标）的似然函数，利用网格搜索法或最优化迭代算法在雷达监视范 围（数据平面）内求解使似然函数最大的坐标位置，即为估计所得目标位置。这种方法的 相对点迹融合定位法的定位精度较高，且不受波束宽度和方位向分辨率的限制，但是它存 在一个问题：该方法仅适用于单目标场景，但在雷达实际监视环境中，常常会遇到多个目标 同时存在的情况，此场景下各目标位置对应的似然函数值退化为局部最大值，此时该定位 方法失效，而简单的扩维高维搜索在目标数较多时计算量巨大，基本不可实现。
[0004] 另外，新型ΜΙΜΟ雷达检测器的杂波抑制、匹配滤波等任务都可以在各个接收孔径 上分别独立地完成，从而降低了中心站处理的难度。传统的信号级定位法使用的是原始基 带回波信号而不是匹配滤波器后信号，不适用于这种新型ΜΙΜΟ雷达。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于统计ΜΜ0雷达的易于实现的信 号级多目标定位方法。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于连通域划分的统计ΜΜ0 雷达多目标定位方法，包括以下步骤：
[0007] 1、基于连通域划分的统计ΜΙΜ0雷达多目标定位方法，其特征在于，包括以下步 骤：
[0008] 参数初始化步骤：初始化目标位置搜索范围对应的数据平面、发射机个数、接收机 个数、各发射机接收机位置、各发射机的发射信号波形、各接收机的匹配滤波器波形、采样 间隔、归一化门限、各通道上目标附近干扰的协方差矩阵以及预设目标对应于各通道的多 普勒频率；
[0009] 第一次似然函数搜索步骤：在初始化目标位置搜索范围对应的数据平面上，计算 各网格点对应的各通道联合对数似然函数值，遍历完毕初始化目标位置搜索范围对应的 数据平面后，再进行归一化处理得到全数据平面的似然函数图像L(x， y，ζ);
[0010] 二值化似然函数图像步骤：对归一化后的全数据平面的似然函数图像L(x，y，ζ)做 二值化处理，网格点对应的各通道联合对数似然函数值超过门限取1，低于门限的取0,得 到二值化后图像B(x，y，z);
[0011] 第二次搜索范围确定步骤：通过数据连通域对图像B(X，y，z)进行搜索，确定属性 满足像素值为1的数据连通域，再进行杂散点删除处理后，记录每块数据连通域在每个维 度上的上下界，连通域的个数即为目标个数，各块数据连通域所在的立方体为各目标的二 次网格搜索范围；
[0012] 第二次似然函数搜索步骤：在各目标的二次网格搜索范围内重新计算该范围内各 网格点的各通道联合对数似然函数值，将每一个二次搜索范围内似然函数的最大值所对应 的网格点坐标作为对应目标的估计位置；
[0013] 得到所述网格点对应的各通道联合对数似然函数值的步骤为：
[0014] 1 :对于网格点（xgHd, y#id，z#id)计算各通道的回波时延；
[0015] 2 :计算网格点（xgrid, ygrid, zgrid)对应的匹配函数s lk(t):
[0016]
【权利要求】
1.基于连通域划分的统计ΜΙΜΟ雷达多目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤： 参数初始化步骤：初始化目标位置搜索范围对应的数据平面、发射机个数、接收机个 数、各发射机接收机位置、各发射机的发射信号波形、各接收机的匹配滤波器波形、采样间 隔、归一化门限、各通道上目标附近干扰的协方差矩阵以及预设目标对应于各通道的多普 勒频率； 第一次似然函数搜索步骤：在初始化目标位置搜索范围对应的数据平面上，计算各网 格点对应的各通道联合对数似然函数值，遍历完毕初始化目标位置搜索范围对应的数据平 面后，再进行归一化处理得到全数据平面的似然函数图像L(X，y，ζ); 二值化似然函数图像步骤：对归一化后的全数据平面的似然函数图像L(x，y，z)做二 值化处理，网格点对应的各通道联合对数似然函数值超过门限取1，低于门限的取〇,得到 二值化后图像B(x，y，z); 第二次搜索范围确定步骤：通过数据连通域对图像B(x，y，ζ)进行搜索，确定属性满足 像素值为1的数据连通域，再进行杂散点删除处理后，记录每块数据连通域在每个维度上 的上下界，连通域的个数即为目标个数，各块数据连通域所在的立方体为各目标的二次网 格搜索范围； 第二次似然函数搜索步骤：在各目标的二次网格搜索范围内重新计算该范围内各网格 点的各通道联合对数似然函数值，将每一个二次搜索范围内似然函数的最大值所对应的网 格点坐标作为对应目标的估计位置； 得到所述网格点对应的各通道联合对数似然函数值的步骤为： 1) 对于网格点（x#id，ygHd，zgHd)计算各通道的回波时延T： lk; 2) 计算网格点（xgiid，ygHd，zgHd)对应的匹配函数4(0:
其中，*为卷积运算，sk(t)为发射机的发射信号波形，t为时间变量，Tlk为第lk通道 的回波时延τ lk，第lk通道为第1个接收机收到的来自第k个发射机的信号通道，h (t)为 第1个接收机的匹配滤波器波形，flk为第lk通道的多普勒频率，N为发射机个数，Μ为接收 机个数； 3) 将匹配函数4(0在时间上离散化，得到离散化后的匹配函数& ; 4) 计算该网格点（xgHd, ygHd, z#id)对应的各通道联合对数似然函数值 lnp (Xgrid，y"grid，Zgrid):
其中，H表示共轭矩阵，Rlk为第lk通道上目标附近干扰的协方差矩阵，ylk为第1个接 收机匹配滤波后输出的第lk通道的量测数据。
【文档编号】G01S7/41GK104142496SQ201410182427
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】易伟, 艾越, 汪兵, 杨益川, 崔国龙, 杨建宇, 杨晓波, 孔令讲 申请人:电子科技大学