[发明专利]多载频MIMO雷达高速目标角度估计方法

说明书

技术领域

发明属于雷达技术领域，具体涉及到雷达对于高速目标的角度估计方法，可用于对高速相干和非相干目标进行估计，提高多载频多输入多输出MIMO雷达对高速目标检测性能。

背景技术

MIMO雷达是近几年发展起来的一种新体制雷达，目前研究的MIMO雷达系统大体分为两大类，一类是分布式MIMO雷达，这类MIMO雷达发射天线间隔很宽，使得目标对于每个发射天线呈现出相对独立的反射特性，且不同发射天线发射的信号经目标散射后的回波信号是不相关的，可以有效对抗空间扩展目标的角闪烁，从而提升雷达的检测与参数估计性能。另一类是集中式MIMO雷达，这种雷达天线间距较小，类似于传统阵列，具有更高的分辨率和参数估计性能。

波达方向DOA估计一直是空间谱估计领域的研究热点，很多学者在这一领域提出了众多算法。美国的Schmidt R O等人1986年在IEEE Transaction on Antenna and Propagation期刊第34卷第3期第276页至280页提出的多重信号分类MUSIC算法开创了空间谱估计算法研究的新时代，促进了特征子空间类算法的兴起和发展，已成为空间谱估计理论体系中的标志性算法。然而MUSIC算法所必须的谱峰搜索，大大增加了算法的运算量。美国的Roy R等人1986年在IEEE Transaction on Acostics,Speech and Signal Processing期刊第34卷第10期第1340页至1342页提出的ESPRIT算法通过数值求解得到信号DOA，一般情况下比利用角度搜索的MUSIC方法运算量要低。

随着MIMO雷达的提出，MIMO雷达的波达方向估计引起了众多学者的极大兴趣。如陈多芳等人2008年在Electronics Letters期刊第44卷第12期第770页至771页提出的双基地MIMO雷达ESPRIT算法，在估计双基地MIMO雷达到达角上有较好的性能。X.Zhang等人2010年在IEEE Communications Letters期刊第14卷第12期第1161页至1163页提出的双基地MIMO雷达降维MUSIC算法，以较小运算量实现MIMO雷达角度估计。

多载频MIMO雷达，是MIMO雷达中的一种，该雷达通过发射站发射多频信号，通过接收站接收信号。采用多载频MIMO雷达对高速目标进行角度估计时，由于接收站接收的信号经过通道分离后，各通道的多普勒频率不在同一多普勒单元，不能直接进行角度估计，针对这一问题，秦国栋等人2010年在电子学报第38卷第12期第2763页至2768页，利用Keystone变换校正多普勒单元走动，并且利用MUSIC算法进行角度估计，具有良好的角度估计性能。但是上述现有方法对存在高速相干目标时，无法正确估计角度，会降低雷达对高速目标的检测性能。

发明内容

本发明的目的在于针对多载频MIMO雷达高速目标角度估计的不足，提出一种多载频MIMO雷达高速目标角度估计方法，以提高高速相干目标的角度估计精度。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明采用的发射和接收阵列均为均匀线阵，且阵列相邻阵元间距为半波长，基于多载频MIMO雷达的特点，结合宽带信号估计算法，通过聚焦变换将通道分离后的不同频点的数据聚焦到同一频点上，再利用酉旋转不变子空间ESPRIT方法对高速目标角度进行估计，具体实现步骤包含如下：

(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：