双基地多输入多输出雷达多目标跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术领域，更进一步涉及雷达信号处理技术领域中一种双基地多 输入多输出雷达多目标跟踪方法。本发明可用于实现多输入多输出雷达对空间多个运动目 标的实时定位与跟踪。
【背景技术】
[0002] 多输入多输出雷达在发射端利用多个发射天线发射相互正交的信号，接收端利用 天线接收目标回波信号，并通过匹配滤波实现发射波形分集。利用波形分集，多输入多输出 雷达可以形成较大的虚拟阵列孔径，增加雷达阵列自由度，从而提高可探测的目标数。双基 地多输入多输出雷达的目标定位主要是对波离方向和波达方向的联合估计问题。
[0003] Guo Y D, Zhang Y S 和 Tong N N 在论文 "Beamspace ESPRIT algorithm for bistatic ΜΙΜΟ radar"(Electronics Letters, 2011, 47(15) :876-878)中提出了一种有效 的波束域ESPRIT的波离方向和波达方向估计算法。该方法首先还原了在波束域变换时发 射阵列和接收阵列丢失的旋转不变特性，然后利用旋转不变性估计目标发射角和目标接收 角，实现目标的参数估计。该方法虽然利用发射阵和接收阵的旋转不变性估计波离方向和 波达方向，减少了计算时间，但是仍然存在的不足之处是，该方法在估计波离方向和波达方 向后，还需要对他们进行额外匹配，在波束域转换成非常低的维数时，估计性能显著降低。
[0004] 哈尔滨工业大学所提出的专利申请"一种非圆信号双基地MMO雷达低复杂度收 发角度联合估计方法"（专利【申请号】201410206190. 2,公布号CN 103983952 A)公开了一 种双基地MIMO雷达低复杂度收发角度联合估计方法。该方法首先估计出目标发射角，再利 用目标发射角的估计值估计出目标接收角，目标发射角和目标接收角二维参数自动配对， 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。该方法虽然利用 非圆信号特性增大了 MMO雷达的虚拟孔径，实现了可识别目标的最大化，但是仍然存在的 不足之处是，该方法是一种目标定位的批处理方法，需要在一个相干处理时间内利用多个 发射脉冲来进行目标定位，且由于该方法假设目标在一个相干处理时间内，其空间位置不 发生改变，或目标小幅运动，因此仅能用于多个目标的定位，而无法实现实时跟踪目标的运 动轨迹。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述现有方法的不足，提出了一种双基地多输入多输出雷 达多目标跟踪方法，实现了多输入多输出雷达对空间多个运动目标的实时定位与跟踪。
[0006] 实现本发明的基本思想是首先建立双基地多输入多输出雷达多目标信号模型，再 利用目标先验信息对目标位置进行预估计，从而对阵列响应矩阵初始化，然后利用当前发 射的探测脉冲信号对接收数据进行匹配滤波，再采用自适应非对称联合对角化方法，利用 匹配滤波后的数据矩阵，更新阵列响应矩阵，计算目标波离方向和波达方向，从而确定目标 当前位置，重复发射脉冲信号，实现对运动目标的跟踪。
[0007] 本发明的具体步骤如下：
[0008] (1)建立信号模型：
[0009] 利用空间中雷达阵列天线的方向矢量，建立双基地多输入多输出雷达多目标信号 模型，得到发射阵列天线和接收阵列天线的阵列响应矩阵以及雷达天线接收端的接收数据 矩阵；
[0010] ⑵初始化：
[0011] (2a)将目标的波离方向和波达方向的先验信息，作为待跟踪目标的位置预估计 值；
[0012] (2b)将待跟踪目标的位置预估计值，代入发射阵列天线和接收阵列天线的阵列响 应矩阵，计算得到发射阵列天线和接收阵列天线的阵列响应矩阵初始值；
[0013] (3)匹配滤波：
[0014] (3a)脉冲信号发生器发射探测脉冲信号，将探测脉冲信号的样本数目作为采样数 目，对雷达天线接收端接收到的信号进行采样，得到接收数据；
[0015] (3b)对接收数据进行匹配滤波，得到匹配滤波后的接收数据矩阵；
[0016] (4)更新阵列响应矩阵：
[0017] (4a)利用匹配滤波后的接收数据矩阵，按照下式，计算阵列响应矩阵的估计误 差：
【主权项】
1. 一种双基地多输入多输出雷达多目标跟踪方法，包括如下步骤： (1) 建立信号模型： 利用空间中雷达阵列天线的方向矢量，建立双基地多输入多输出雷达多目标信号模 型，得到发射阵列天线和接收阵列天线的阵列响应矩阵以及雷达天线接收端的接收数据矩 阵； (2) 初始化： (2a)将目标的波离方向和波达方向的先验信息，作为待跟踪目标的位置预估计值； (2b)将待跟踪目标的位置预估计值，代入发射阵列天线和接收阵列天线的阵列响应矩 阵，计算得到发射阵列天线和接收阵列天线的阵列响应矩阵初始值； (3) 匹配滤波： (3a)脉冲信号发生器发射探测脉冲信号，将探测脉冲信号的样本数目作为采样数目， 对雷达天线接收端接收到的信号进行采样，得到接收数据； (3b)对接收数据进行匹配滤波，得到匹配滤波后的接收数据矩阵； (4) 更新阵列响应矩阵： (4a)利用匹配滤波后的接收数据矩阵，按照下式，计算阵列响应矩阵的估计误差：
其中，J表示阵列响应矩阵的估计误差，Σ表示作求和操作，p表示当前脉冲信号发生 器发射的探测脉冲信号个数，η表示脉冲信号发生器发射的每一个探测脉冲信号个数，η的 取值范围为η = 1，. . .，ρ，β表示遗忘因子，β的取值范围为O < β < 1，Rn表示第η个 脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间匹配滤波后的接收数据矩阵，B表示接收阵列天 线阵列响应矩阵，Γ η表示第η个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间由待跟踪目标的 雷达截面积和多普勒频移所确定的对角矩阵，A表示发射阵列天线阵列响应矩阵，I I · I I2 表示取范数的平方操作，（·）H表示复共轭操作； (4b)按照下式，计算前一个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号所对应的虚拟阵列响 应矩阵： X(p-l) = A*(p-1)0 B(p-l) 其中，X(P-I)表示第P-I个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号所对应的虚拟阵列响 应矩阵，A(p-l)表示第p-Ι个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间发射阵列天线阵列 响应矩阵，B (p-Ι)表示第p-Ι个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号时接收阵列天线阵列 响应矩阵，(·)Θ(·)表示作克罗内克乘积运算，（· Γ表示共轭操作； (4c)将匹配滤波后的数据矩阵列向量化，得到匹配滤波后的接收数据矩阵列向量化后 的列向量； (4d)按照下式，计算当前脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间： dp = Xt (p - l)r_p 其中，dp表示第ρ个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间，由待跟踪目标的雷达截 面积和多普勒频移所确定的对角矩阵的对角元素形成的列向量，X(P-I)表示第p-Ι个脉冲 信号发生器发射的探测脉冲信号所对应的虚拟阵列响应矩阵，rp表示第p个脉冲信号发生 器发射的探测脉冲信号期间匹配滤波后的接收数据矩阵列向量化后的列向量，（十表示作 矩阵的伪逆操作； (4e)按照下式，计算当前脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间： ?(ρ) = β?(ρ ^1)+dpdf 其中，D(p)表示第p个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间，由待跟踪目标的雷 达截面积和多普勒频移所确定的对角矩阵的对角元素，形成的列向量的自相关矩阵，β表 示遗忘因子，β的取值范围为〇< β <l，D(p-l)表示第p-Ι个脉冲信号发生器发射的探 测脉冲信号期间，由对角矩阵的对角元素构成的列向量的自相关矩阵，\表示由第p个脉冲 信号发生器发射的探测脉冲信号期间，由对角矩阵的对角元素形成的列向量，（·） H表示复 共轭操作； (4f)按照下式，计算当前脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间： Q(P) = -1) + 其中，Q(P)表示第P个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间，匹配滤波后的接收 数据矩阵列向量化后的列向量，与由待跟踪目标的雷达截面积和多普勒频移所确定的对角 矩阵的对角元素形成的列向量，二者的互相关矩阵，β表示遗忘因子，β的取值范围为〇 < β < 1，Q(P-I)表示由第P-I个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间，匹配滤波后 的接收数据矩阵列向量化后的列向量，与由对角矩阵的对角元素形成的列向量的互相关矩 阵，r p表示第ρ个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间，匹配滤波后的接收数据矩阵列 向量化后的列向量，\表示由第p个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间，由对角矩阵 的对角元素形成的列向量，（·） H表示复共轭操作； (4g)按照下式，计算当前脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号所对应的虚拟阵列响应 矩阵： X(p) = Q(^)Dt(P) 其中，X(P)表示第P个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号所对应的虚拟阵列响应矩 阵，Q(P)表示第P个脉冲信号发生器发射的探测脉冲信号期间，匹配滤波后的接收数据矩 阵列向量化后的列向量，与由待跟踪目标的雷达截面积和多普勒频移所确定的