[发明专利]多载频MIMO雷达高速目标角度估计方法

权利要求书

1.一种多载频MIMO雷达高速目标角度估计方法，包括如下步骤：

(1)利用多载频MIMO雷达得到高速目标回波信号，并对该回波信号进行通道分离及离散傅里叶变换DFT，得到高速目标信号X；

(2)利用双边相关变换TCT算法对高速目标信号X进行聚焦，得到聚焦后的高速目标信号X_FT和聚焦信号频率f_γ；

(3)根据聚焦后的高速目标信号X_FT，利用酉旋转不变子空间ESPRIT算法估计高速目标角度：

3a)利用聚焦后的高速目标信号X_FT，构造信号重构矩阵Z：

Z=XFTJNrXFT*JM]]>

其中，是维数为N_r×N_r的交换矩阵，J_M是维数为M×M的交换矩阵，上标*表示对矩阵进行共轭运算，N_r表示多载频MIMO雷达接收天线的个数，M表示多载频MIMO雷达发射的脉冲个数；

3b)将信号重构矩阵Z进行实酉变换，得到实酉变换矩阵T(Z)：

T(Z)=QNrHZQ2M]]>

其中，是维数为N_r×N_r的稀疏矩阵，Q_2M是维数为2M×2M的稀疏矩阵，上标H表示对矩阵进行共轭转置；

3c)计算实酉变换矩阵T(Z)的协方差矩阵：并对该协方差矩阵R_T进行特征值分解，得到信号子空间矩阵E_s；

3d)利用信号子空间矩阵E_s分别构造实和信号子空间矩阵U_s1，及虚差信号子空间矩阵U_s2：

U_s1＝H₁E_s

U_s2＝H₂E_s

其中，H₁为实和变换矩阵：H₂为虚差变换矩阵：是维数为(N_r-1)×(N_r-1)的稀疏矩阵，是维数为(N_r-1)×(N_r-1)维的单位阵，0是维数为(N_r-1)×1的零矩阵，是维数为N_r×N_r的稀疏矩阵，j表示虚数单位；

3e)利用实和信号子空间矩阵U_s1和虚差信号子空间矩阵U_s2，构造总体最小二乘矩阵G：

G=Us1HUs2HUs1Us2]]>

3f)对总体最小二乘矩阵G进行特征值分解得到特征向量矩阵V_G，再将该特征向量矩阵V_G分解成四个维数均为P×P的矩阵，即：

VG=V11V12V21V22,]]>其中V₁₁左上子矩阵、V₁₂右上子矩阵、V₂₁左下子矩阵及V₂₂右下子矩阵，其中，P表示高速目标的个数；

3g)利用右上子矩阵V₁₂和右下子矩阵V₂₂计算旋转不变矩阵Ψ′：

Ψ′=-V12V22-1]]>

其中，上标-1表示对矩阵求逆矩阵；

3h)对旋转不变矩阵Ψ′进行特征值分解，得到P个特征值λ_q，q＝1,2,…,P，再利用这P个特征值求出P个旋转不变角度：

β_q＝2arctanλ_q，q＝1,2,…,P；

3i)利用这P个旋转不变角度，求得P个高速目标的角度估计值：

θ^q=arcsin[cβqfγ2πdr],q=1,2,...,P]]>

其中，c表示电磁波的传播速度，d_r表示接收天线的间距。