一种双基地mim0雷达角度的估计方法
【专利摘要】本发明基于结构最小二乘SLS方法，提出了一种用于多输入多输出MIM0雷达系统中联合估计目标离开角度（D0D)和到达角度（D0A)的方法——SLS-ESPRIT算法。利用结构最小二乘法求解旋转不变性方程，并且迭代最小化信号子空间的估计误差，提高了信号子空间的估计精度，增强了角度估计性能。并且通过仿真实验结果证明本发明的方法的有效性。
【专利说明】一种双基地ΜΙΜΟ雷达角度的估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及阵列信号处理【技术领域】，尤其涉及一种双基地ΜΜ0雷达角度的估计 方法。
【背景技术】
[0002] ΜΜ0雷达是将多输入多输出技术应用于雷达系统，在传统的相控阵雷达基础上发 展起来的一种新型雷达。在ΜΙΜΟ雷达系统中，性能的改善主要得益于其独特的正交波形匹 配技术以及由此带来的更加灵活的信号处理方式。估计目标的D0D和D0A是双基地雷达面 临的主要问题之一。目前，提出了许多联合估计D0D和D0A的技术，例如ESPRIT (Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)算法、酉 ESPRIT 算法和 ESPRIT-MUSIC算法等。但是，此类算法都是基于最小二乘的。当两个子阵有重叠元素时，传 统的ESPRIT类算法的性能会严重下降。这主要是由于ESPRIT算法需要求解一个旋转不变 等式，但是在这个等式的两边噪声是相关的，传统的LS方法不能够有效地压制相关噪声。
[0003] 为了克服这个问题，本发明提出一种基于结构最小二乘法（SLS)的ESPRIT算法 (SLS-ESPRIT)，该算法可以有效地压制这类相关噪声，从而得到明显的性能提升。
【发明内容】
[0004] 为了克服这个问题，本发明提出一种基于结构最小二乘法（SLS)的ESPRIT算法 (SLS-ESPRIT)，该算法可以有效地压制这类相关噪声，从而得到明显的性能提升。
[0005] 本发明通过如下技术方案实现：
[0006] -种用于多输入多输出（ΜΙΜΟ)雷达系统的联合估计目标离开角度（D0D)和到达 角度（D0A)的方法，利用了结构最小二乘法求解旋转不变性方程，迭代最小化信号子空间 的估计误差；该方法包括以下步骤：
[0007] Α.考虑一具有Μ发射天线和Ν接收天线的双基地雷达系统，收发天线都是间隔为 半波长的均匀线阵ULA，假设有Ρ个不相关信号，x(t)表示接收样本数据；
[0008] B.对样本x(t)的协方差矩阵进行特征值分解：
[0009]
【权利要求】
1. 一种用于多输入多输出（ΜΙΜΟ)雷达系统的联合估计目标离开角度（DOD)和到达角 度（D0A)的方法，其特征在于：该方法利用了结构最小二乘法求解旋转不变性方程，迭代最 小化信号子空间的估计误差；该方法包括以下步骤： 1) 考虑一具有Μ发射天线和N接收天线的双基地雷达系统，收发天线都是间隔为半波 长的均匀线阵ULA，假设有Ρ个不相关信号，x(t)表示接收样本数据； 2) 对样本x(t)的协方差矩阵进行特征值分解：
其中，As代表KXK对角矩阵，且对角元素为K个最大的特征值，ΛΝ包含了剩下的 (ΜΝ-Κ)个最小的特征值，Es是估计的信号子空间，由Κ个最大的特征值对应的特征向量组 成，E N是剩余特征向量组成的噪声子空间估计； 3) 用最小二乘法求解下列旋转不变方程，得到$,和的初始值
和
用于步骤 5迭代的初始化： JtlEsWt = Jt2Es 和 JrlEsWr = JrA, 其中
IM是MXM的单位阵，
是（M-l) XI维的零向量； 4) 定义如下两个残差矩阵
5) 对于第k次迭代，用最小二乘法求解最小二乘问题：
得到AEs,k，ΛΨ〇和ΛΨ#其中
和
6是容差，下标k-Ι表示第k-Ι次迭代，vec{ ·}是向量化函数，I^k、 Rt，k分别表示第k次迭代的误差矩阵，
为第k次迭代信号子空间的误差矩阵，
6) 判断是否满足
如果满足则迭代终止，得到 终值
其中K为满足条件的迭代次数，如果不满足 则令k = k+1，返回步骤5 ; 7)最终DOD和DOA估计
i = 1，L，K，其中
和
是'
和
的第i个特征值，d = λ/2。
2. 根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于：当存在超过一个目标时，需要进行配 对处理来决定目标的正确位置，具体为： 令
的特征值是
和
的特征值之和，
的第i个 特征值对应的特征值为集合!>u，L，u^P}中使下式最小的值 Vt,i+Vr,k-Vtr,ll- f〇r k- 1 = 因此，目标的方位由特征值
和
联合决定。
3. 根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于：所述Λ Es，k，Λ 和Λ Ψα的迭代 初始值是任给的一个值。
【文档编号】G01S7/40GK104215947SQ201410409417
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】钱诚, 黄磊, 蒋双, 杨云川 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院