[发明专利]单基地MIMO雷达相干源波达方向估计方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及任一种单基地MIMO雷达相干源波达方向估计方法，可用于任意阵列流形的单基地MIMO雷达的目标定向和追踪。

背景技术

多输入多输出雷达(即MIMO雷达)充分利用波形分集增益改善其空间分辨率，提高参数估计精度和增加系统最大可定位目标数量。近年来，MIMO雷达发展非常迅速，其中波达方向估计(即DOA)方法是MIMO雷达研究的重点问题。在各种阵列结构中，均匀线阵因其结构简单、实现容易，并能采用各种快速DOA算法而成为目前MIMO雷达DOA算法研究的基础。但是，一维均匀线阵只能提供180度的无模糊方位角信息，且在不同方向的分辨率也不相同，有时特定系统的需要也使得阵列可能不是均匀线阵。对于MIMO雷达来说，发射时不形成空间波束，其阵元方向图覆盖整个空域，用来探测360度的整个空间信息，这时采用线性阵列在360度范围内会出现模糊，不能满足需要。因此，针对任意阵列流形的波达方向估计是一个需要研究的问题。

目前，最基本的角度超分辨估计方法是采用多信号分类MUSIC方法，这种方法虽然可在任意阵列流形下工作，但却需要对角度进行全空域搜索，运算量非常大。另外，以MUSIC算法为代表的子空间类高分辨DOA估计算法对于非相干的空间信源具有良好的分辨性能和较高的估计精度，但是其分辨性能随空间信源间相关程度的增加而逐渐恶化。

传统的阵列空间平滑算法是一种常用的处理相干源的预处理方法，随后在前后向空间平滑技术的基础上，又出现了子阵协方差算法和加权空间平滑算法，这些改进的算法在某种程度上减小了阵列的孔径损失，提高了相干源的分辨能力，但是也带来了更大的计算量。上述提到的各种基于平滑技术的解相干方法都是基于均匀线性阵列结构，无法对任意阵列流形进行处理；而且这些算法都是通过牺牲阵列的有效孔径来获得其去相干能力的，去相干后对相干源的分辨能力也有较大幅度的下降。

发明内容

针对上述已有技术的不足，本发明的目的在于提出一种单基地MIMO雷达相干源波达方向估计方法，不仅可以用于任意阵列流形的MIMO雷达阵列的相干源解相干处理，而且采用多项式求根算法代替谱峰搜索算法，在降低计算量的同时实现对任意阵列流形的单基地MIMO雷达相干源DOA估计。

实现本发明的技术思路是：首先利用阵列内插技术把MIMO雷达导向矢量分解为矩阵与范德蒙矢量相乘的结构；然后借鉴空间平滑的思想，对相干源去相干；最后采用多项式求根方法取代传统方法中4用谱峰搜索方式来获得目标角度信息，实现波达方向快速估计。

本发明的技术方案是一种单基地MIMO雷达相干源波达方向估计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，根据单基地MIMO雷达的阵列流形，获得该阵列导向矢量A(θ)，其中，该阵列有N个阵元，各阵元的极坐标为(r_n,β_n)，n=1,2,…N；N为阵元数；

步骤2，设置M维范德蒙向量B(θ)，根据公式G=B(θ)A^H(θ)[A(θ)A^H(θ)]^-1求得转换矩阵G；其中，令选择范德蒙导向矢量B(θ)的维数M≈4kR，k=2π/λ，λ为发射信号波长；

步骤3，对范德蒙导向矢量B(θ)进行类似空间平滑处理，F为平滑变换矩阵，则平滑后的导向矢量C(θ)=FB(θ)；

步骤4，对MIMO雷达的接收数据进行匹配滤波，匹配滤波后的接收数据记为X(k)，通过转换矩阵G和平滑变换矩阵F，得到变换后的数据矩阵Y(k)=FGX(k)，再利用数据矩阵Y(k)形成自相关矩阵R_y；

步骤5，对自相关矩阵R_y进行特征分解，得到噪声子空间

步骤6，利用噪声子空间形成MUSIC空间零谱函数：