[发明专利]L型阵列MIMO雷达低复杂度空间目标二维角度估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种空间目标二维角度快速估计方法。

背景技术

多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）雷达的概念源于MIMO通信系统，具有多个发射天线和多个接收天线，且发射信号彼此正交，在接收端通过匹配滤波技术进行信号分离处理，形成大孔径虚拟阵列，从而提高了目标角度估计的分辨率，增加了雷达系统的自由度。MIMO雷达主要分为共址MIMO雷达和统计MIMO雷达，共址MIMO雷达的阵列结构与相控阵雷达相似，目标回波信号通过接收端的匹配滤波器组处理后的信号模型与传统的阵列信号模型类似，从而可以将传统阵列信号处理的相关技术应用到此类MIMO雷达中，从而获得更大的系统自由度，更高的空间分辨率和更好的参数估计性能；统计MIMO雷达发射天线阵元间距很大，各发射天线阵元发射彼此正交的信号波形，从空间不同的角度照射目标，使得目标对每个发射接收通道呈现独立的散射特性，在空间形成发射天线-目标-接收天线构成的空间多通道，从而克服目标闪烁，进而提高目标的检测性能和参数估计能力。

对于MIMO雷达参数估计的研究，目前主要集中在均匀线阵MIMO雷达：Zhang X等在IET Radar,Sonar&Navigation期刊的2012年第6卷第8期的796页至801页提出了一种基于均匀线阵单基地MIMO雷达的降维Capon算法，该算法利用均匀线阵的降维矩阵将接收数据转换到低维空间进行运算，从而减小了运算复杂度。Zhang X等在IEEE Communications Letters期刊的2010年第14卷第12期的1161页至1163页提出了一种基于均匀线阵双基地MIMO雷达的降维MUSIC算法，该算法将目标回波信号中的DOD（Direction of Departure）和DOA（Direction of Arrival）解耦，从而将二维空间谱估计降为一维空间谱估计，降低了算法的运算复杂度。以上两种方法都基于均匀线阵MIMO雷达，只能估计目标与天线阵列的一维角度，无法对目标进行空间定位。谢荣等在系统工程与电子技术期刊的2010年第32卷第1期的49页至52页提出了一种L型阵列单基地MIMO雷达的设计方案，利用Capon算法对目标进行二维DOA估计。该方案指出L型阵列在实际阵元数目不变的情况下，可以提高系统自由度的利用率，增加可分辨目标数目，但是该方法需要二维空间谱搜索，运算量极大，不利于雷达系统的实时处理。

发明内容

本发明的目的在于提供能够实现空间目标二维定位，且运算复杂度低，有利于雷达系统的实时处理的L型阵列MIMO雷达低复杂度空间目标二维角度估计方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明L型阵列MIMO雷达低复杂度空间目标二维角度估计方法，其特征是：

（1）L型阵列由两个相互垂直的均匀线阵组成，阵元间距均为半个波长，两线阵各有M个和N个阵元，所有阵元都为收发共置阵元，发射正交窄带信号，接收信号通过匹配滤波处理，得到大孔径虚拟阵列的回波信号；

（2）设计降维矩阵Δ，对回波信号进行降维处理得到降维信号；

（3）对降维信号的协方差矩阵进行特征分解，得到二维空间谱函数；

（4）解耦二维空间谱函数中的二维角度，对其中一维角度进行空间谱估计；

（5）将得到的空间谱估计值回代空间谱函数，对另一维角度进行多项式求根估计；

（6）根据三角函数关系，求得目标的方位角θ和俯仰角。

本发明还可以包括：

1、所述的设计降维矩阵Δ、对回波信号进行降维处理，按如下方式进行：

（1）利用匹配滤波后目标回波信号的联合导向矢量A(μ,ν)与其等效虚拟阵列的导向矢量G(μ,ν)之间的关系A(μ,ν)=TG(μ,ν)，其中设计降维矩阵Δ为：

Δ=T(T^HT)^-1/2，

其中T为(M+N-1)²×(MN+M+N-2)维降维矩阵，(·)^H表示矩阵的共轭转置；

（2）对匹配滤波后的目标回波信号进行降维处理