一种非圆信号双基地mimo雷达低复杂度收发角度联合估计方法
【专利摘要】本发明提出了一种非圆信号双基地MIMO雷达低复杂度收发角度联合估计方法。首先，本发明根据MIMO雷达接收信号的非圆特性扩展观测数据，使MIMO雷达虚拟阵元扩大一倍；然后，根据多级维纳滤波的前后递推公式将观测数据分成两个正交部分，分别作为下一级多级维纳滤波的期望信号和观测数据矢量；利用预滤波矩阵构成新的信号子空间和噪声空间；最后，利用扩展的ESPRIT技术估计出目标发射角DOD；再利用DOD的估计值，用非圆ROOTMUSIC技术估计出目标接收角DOA；DOD和DOA二维参数自动配对，得到多个目标相对于发射端的目标发射角和相对于接收端的目标接收角。本发明利用非圆信号特性增大了MIMO雷达的虚拟孔径，实现了可识别目标的最大化，运算复杂度低，且不需要额外的配对过程。
【专利说明】一种非圆信号双基地MIMO雷达低复杂度收发角度联合估
计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达【技术领域】，特别涉及一种非圆信号双基地MIMO雷达低复杂度收发角度联合估计方法。
【背景技术】
[0002]近年来，基于多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)通信理论形成的MIMO雷达，引起了广泛的关注。由于MIMO雷达可以在接收端利用波形分集技术和空间分集技术处理反射回的信号，相较于传统的相控阵雷达，MIMO雷达拥有更多的自由度，更强的参数识别能力(IEEE Tansactions on Signal Processing:2006, 54 (10): 3873-3883 ;IEEE Signal Processing Magazine:2008, 25 (I): 116-129),更高的角度估计精度和角度分辨率等潜在的优势(IEEE Signal Processing Magazine:2007, 24 (5):106-114)。
[0003]目标波离方向(direction of departure, DOD)和波达方向(direction ofarrival, DOA)的联合估计问题是双基地MIMO雷达目标参数估计中的一个重要研究内容，文献(EURASIP Journal on Advances in Signal Processing:2008:8)米用基于 Capon算法的二维空间谱峰搜索来估计DOD和D0A，该算法需要进行二维空间谱峰搜索，计算量较大。为了减轻繁重的计算负担，文献(Electronics Letters:2008,44(12):770-771)利用发射阵列和接收阵列旋转不变性的ESPRIT算法对DOD和DOA进行估计，但是该算法需要额外的配对过程。文献(Electronics Letters =2008,44(24):1422-1423)研究了发射阵列和接收阵列ESPRIT算法的关系，然后使它们自动配对。文献(Electronics Letters:2011:47(15):876-878)提出了一种有效的波束域ESPRIT的DOD和DOA估计算法，但是当波束域转换成非常低的维数时，角度估计性能显著降低。文献(Signal Processing:2010:90:2723-2730)利用多项式求根技术提出了一种DOA和DOA能自动配对的算法，但是当发射天线和接收天线数量增加时，求取多项式的根变得很费时。文献(Electronics Letters:2010:46(15):1081-1083)提出了一种联合ESPRIT-MUSIC的目标发射角和接收角角度估计算法，不需要配对，与文献(Signal Processing:2010:90:2723-2730)相比，计算时间显著减少。
[0004]但是,上述方法很少关注MIMO雷达系统采样信号的特性。文献(Proceedings ofthe IET Waveform Diversity and Digital Radar Conference:2008:London,UK:1-6)指出非圆信号(二进制相键控BPSK，M进制振幅键控MASK)在MMO雷达系统中具有潜在优势，例如改善DOA估计,雷达探测,抗干扰等。在文献(Proceeding of the7th intarnationalworkshop on systems, signal processing and their application:2011:Tipaze:51-54)中，考虑了基于非圆信号的MMO雷达，利用非圆信号ESPRIT-R00TMUSIC(NC_ESPRIT-R00TMUSIC)算法估计DOD和D0A，角度估计性能得到明显改善。由于该算法中的观测数据矩阵由丽X I维扩展成2丽X I维，所以对观测协方差矩阵进行估计和特征分解的计算量变得相当大，M、N分别是发射阵元和接收阵元个数。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出了一种低复杂度的ESPRIT-ROOT-MUSIC算法进行DOD和DOA联合角度估计的方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007](I)根据双基地MIMO雷达接收信号的非圆特性，扩展观测数据；
[0008](2)通过多级维纳滤波的前后递推公式，将观测数据分成两个正交部分，分别作为下一级多级维纳滤波的期望信号和观测数据矢量；
[0009]所涉及的前向递推公式为:
【权利要求】
1.一种非圆信号双基地MIMO雷达低复杂度收发角度联合估计方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)根据双基地MIMO雷达接收信号的非圆特性，扩展观测数据； (2)通过多级维纳滤波的前后递推公式，将观测数据分成两个正交部分，分别作为下一级多级维纳滤波的期望信号和观测数据矢量； 所涉及的前向递推公式为:
h =e [xM (t)<, (t)]/ |卜(t)<, (t)| 4⑴O)
Xi (t) = Xh (t)-hidi (t) 式中，Iii是第i次多级维纳滤波前向递推中的匹配滤波权值矢量，其中，i =1,2,...,D ；Xi (t)是第 i次多级维纳滤波前向递推中的观测数据矢量吨(t)是第i次多级维纳滤波前向递推中的期望信号第i次多级维纳滤波前向递推中的期望信号，其中c^t)是从需要波形的训练数据中得到的参考信号； 所涉及的后向递推公式为: 匕丨⑴=</』)-—⑴ 式中，Wi是第i次多级维纳滤波后向递推中的标量权值，e^t)是第i次多级维纳滤波后向递推中的误差信号；其中，i =D，D-l，...，l，eD(t) =dD(t)； (3)利用预滤波矩阵构成新的信号子空间和噪声空间； 生成的信号子空间表达式为:
Es = span [h1； h2,..., hp] 生成的信号噪声子空间表达式为:
En spBn [hp+i，hp+2，...，h丽] 式中，P是目标数，Es是信号子空间，En是噪声子空间，M、N分别是发射阵元和接收阵元个数； 所生成的噪声子空间En与扩展收发导向矢量正交，满足/π(θ)/π(φ)(/、,Ν?)/_(φ)/_(θ)=0 式中，/(Φ)= Λ iU( Λ，/(θ)—m iP、* ; L O Μηφ(ψ) ?/N)J Ya (0)(a(t)ejp) _ (4)利用扩展的ESPRIT技术估计出目标发射角DOD； 所需的目标发射角DOD，由矩阵.辦=diag([eww'...,^2"/1Ksin”)的对角元素信息得到，涉及的DOD表达式为: <PP = arcsin(—~
Indt 式中，A是波长；Yp是对角矩阵Ot的第P个对角线上的元素；所涉及的矩阵Ot满足: H2G= Π^Φ,
式中，
【文档编号】G01S7/285GK103983952SQ201410206190
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】王伟, 王咸鹏, 刘琦, 李欣, 黄平, 王慧, 王犇, 梁栋 申请人:哈尔滨工程大学