Mimo雷达估计目标方向的快速方法
【专利摘要】本发明公开了一种MIMO雷达估计目标方向的快速方法，主要解决现有估计方法运算量大的问题，其实现步骤是：1)根据雷达发射波形S中任意一个阵元的发射波形和雷达接收数据获得目标方向的粗估值2)根据雷达发射波形S和目标方向的粗估值在方向搜索区间内分别计算最大似然算法在发射端和接收端的代价函数值ft(μn)和fr(μn)，并将其进行对应相加，得到一组合成函数值f(μn)；3)通过合成函数值确定目标方向的最终估计值：本发明在保证目标方向估计精度的前提下，大大降低了运算量，易于工程实现，可用于MIMO雷达目标跟踪。
【专利说明】MI MO雷达估计目标方向的快速方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达【技术领域】，具体的说是一种MIMO雷达估计目标方向的快速方法， 可用于MMO雷达目标跟踪。
【背景技术】
[0002] MIMO雷达是受通信界成熟的MIMO技术启发，而被提出的一个概念，它在发射端和 接收端都使用阵列天线，且发射互不相干如正交的信号。由于MMO雷达应用了分集技术， 扩充了天线的有效孔径，提高了雷达对目标方向的估计精度和目标检测性能。目前MMO 雷达的研究主要集中在两种不同形式的系统：其一是基于相控阵体制的波形分集MIMO雷 达，即集中式MIMO雷达；其二是基于多基地或多站点雷达的空间分集MIMO雷达，即分布式 MIMO雷达。第一类MIMO雷达系统充分考虑到现有相控阵雷达的特点，其雷达单元之间的间 距足够小，采用相干处理各单元发射的信号。第二类MIMO雷达是构建在多基地或多站点雷 达系统基础上，其收发单元间距足够大，从而使得各单元信号相互独立，以此获得空间分集 增益提高雷达的检测和估计性能。本发明主要涉及集中式MMO雷达的测角问题。
[0003] 最大似然算法是一种高分辨的空间谱估计方法，由于它不仅能够在单次快拍接收 数据下进行有效估计，而且能够直接处理相干信源，因而得到了广泛的应用。MMO雷达对 目标方向估计的现有方法都是从常规相控阵雷达的目标方向估计方法中扩展过来，如基于 最大似然的MIMO雷达目标方向估计算法，I. Bekkerman, J. Tabrikian, Target detection and localization using ΜΙΜΟ radars and sonars, IEEE Transactions on Signal Processing 54(10) (2006)3873 - 3883。虽然该算法可以有效地估计出目标方向，但却存在 运算量大的缺陷，不适合工程应用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对上述已有技术的缺陷，在常规相控阵雷达最大似然算法的 基础上提出一种MIMO雷达估计目标方向的快速方法，以在保证目标方向估计精度的如提 下，降低运算量，便于目标方向估计系统的工程实现。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：
[0006] 1)根据雷达发射波形S中任意一个阵元的发射波形Sk和雷达接收数据X获得目 标方向的粗估值吞.，其中
【权利要求】
1. 一种ΜΙΜΟ雷达估计目标方向的快速方法，包括如下步骤： 1) 根据雷达发射波形S中任意一个阵元的发射波形Sk和雷达接收数据X获得目标方 向的粗估值I，其中S =[<，…，<，…，sI/(feC"Vf\￡，χe以以，τ表示矩阵的转置，Mt为 发射天线的阵元数； 2) 根据雷达发射波形S和目标方向的粗估值在方向搜索区间Θ内分别计算出最 大似然算法在发射端和接收端的代价函数值ft(yn)和4(μη)，其中以"为Θ内的均匀采 样点，η= 1，2,…，Ν，N为采样点数； 3) 在方向搜索区间内把发射端和接收端的最大似然算法代价函数值对应相加，得到一 组合成函数值：f(μn) =ft(μn) +f；(μη)，并通过合成函数值确定目标方向的最终估计值： Θ =max /(/ij〇 Pη
2. 根据权利要求1所述的一种MMO雷达估计目标方向的快速方法，其特征在于，步骤 1) 所述的根据雷达发射波形S中任意一个阵元的发射波形Sk和雷达接收数据X获得目标 方向的粗估值I，按如下步骤进行： la) 利用雷达发射天线任意一个阵元的发射波形Sk对雷达接收数据X进行共轭匹配， 得到匹配数据：h=Xsf/I，其中L为雷达发射波形的长度，H表示矩阵的共轭转置； lb) 根据匹配数据ytl，利用最大似然算法获得目标方向的粗估值： J=a,rgmax(y/P(μJy); ι\-Γ 其中Pa>(A〇 =a>n)[af(仏?，气叭）e 为接收阵列在μη方向的 导向矢量。
3. 根据权利要求1所述的一种MMO雷达估计目标方向的快速方法，其特征在于，步骤 2) 所述的根据雷达发射波形S和目标方向的粗估值^，在方向搜索区间Θ内分别计算最 大似然算法在发射端和接收端的代价函数值ft(μη)和f；(μη)，按如下步骤进行： 2a)计算最大似然算法在发射端的代价函数值： 2al)利用目标方向的粗估值$对·雷汰培LKr救抿)(讲彳千波束形成，得到波束形成数据：
2a2)利用雷达发射波形S对波束形成数据ytl进行共轭匹配，得到匹配数据：yt2 = YtiS/L； 2a3)利用匹配数据yt2在方向搜索区间Θ内计算最大似然算法的代价函数值： =y/paf (/iJyi2- 其中Pat("n) =af("n)[af(/i>;("J-'(?），eC心1 和a,(0JeCK'i分别为发 射阵列和接收阵列在以"和1方向的导向矢量； 2b)计算最大似然算法在接收端的代价函数值： 2bl)根据雷达发射波形S和目标方向的粗估值设计一个空时滤波器： m，iL' 2b2)利用空时滤波器Wst对雷达接收数据X进行匹配滤波，得到匹配数据：y=XWf; ^ r st 2b3)利用匹配数据^在方向搜索区间Θ内计算最大似然算法的代价函数值： />") =y/Pa>")yr，其中ai(0m)为发射阵列在&方向的导向矢量。
【文档编号】G01S13/06GK104459680SQ201410727711
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】赵永波, 朱玉堂, 刘宏伟, 水鹏朗, 程增飞, 李慧 申请人:西安电子科技大学