[发明专利]一种非圆信号双基地MIMO雷达低复杂度收发角度联合估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种非圆信号双基地MIMO雷达低复杂度收发角度联合估计方法。

背景技术

近年来，基于多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)通信理论形成的MIMO雷达，引起了广泛的关注。由于MIMO雷达可以在接收端利用波形分集技术和空间分集技术处理反射回的信号，相较于传统的相控阵雷达，MIMO雷达拥有更多的自由度，更强的参数识别能力(IEEE Tansactions on Signal Processing：2006，54(10):3873-3883；IEEE Signal Processing Magazine：2008，25(1):116-129)，更高的角度估计精度和角度分辨率等潜在的优势(IEEE Signal Processing Magazine：2007，24(5)：106-114)。

目标波离方向(direction of departure,DOD)和波达方向(direction of arrival,DOA)的联合估计问题是双基地MIMO雷达目标参数估计中的一个重要研究内容，文献(EURASIP Journal on Advances in Signal Processing：2008：8)采用基于Capon算法的二维空间谱峰搜索来估计DOD和DOA，该算法需要进行二维空间谱峰搜索，计算量较大。为了减轻繁重的计算负担，文献(Electronics Letters：2008，44(12):770-771)利用发射阵列和接收阵列旋转不变性的ESPRIT算法对DOD和DOA进行估计，但是该算法需要额外的配对过程。文献(Electronics Letters：2008，44(24)：1422-1423)研究了发射阵列和接收阵列ESPRIT算法的关系，然后使它们自动配对。文献(Electronics Letters：2011：47(15):876-878)提出了一种有效的波束域ESPRIT的DOD和DOA估计算法，但是当波束域转换成非常低的维数时，角度估计性能显著降低。文献(Signal Processing：2010：90：2723-2730)利用多项式求根技术提出了一种DOA和DOA能自动配对的算法，但是当发射天线和接收天线数量增加时，求取多项式的根变得很费时。文献(Electronics Letters：2010：46(15)：1081-1083)提出了一种联合ESPRIT-MUSIC的目标发射角和接收角角度估计算法，不需要配对，与文献(Signal Processing：2010：90：2723-2730)相比，计算时间显著减少。

但是，上述方法很少关注MIMO雷达系统采样信号的特性。文献(Proceedings of the IET Waveform Diversity and Digital Radar Conference：2008：London，UK：1-6)指出非圆信号(二进制相键控BPSK，M进制振幅键控MASK)在MIMO雷达系统中具有潜在优势，例如改善DOA估计，雷达探测，抗干扰等。在文献(Proceeding of the7th intarnational workshop on systems，signal processing and their application：2011：Tipaze：51-54)中，考虑了基于非圆信号的MIMO雷达，利用非圆信号ESPRIT-ROOTMUSIC(NC-ESPRIT-ROOTMUSIC)算法估计DOD和DOA，角度估计性能得到明显改善。由于该算法中的观测数据矩阵由MN×1维扩展成2MN×1维，所以对观测协方差矩阵进行估计和特征分解的计算量变得相当大，M、N分别是发射阵元和接收阵元个数。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种低复杂度的ESPRIT-ROOT-MUSIC算法进行DOD和DOA联合角度估计的方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)根据双基地MIMO雷达接收信号的非圆特性，扩展观测数据；

(2)通过多级维纳滤波的前后递推公式，将观测数据分成两个正交部分，分别作为下一级多级维纳滤波的期望信号和观测数据矢量；

所涉及的前向递推公式为：