[发明专利]空时编码阵列空间平滑解相干谱估计方法

说明书

本发明公开了一种空时编码阵列空间平滑解相干谱估计方法，主要解决现有技术运算量大和计算复杂的问题。其方案是：1.获取空时编码阵列发射信号；2.根据发射信号，获取单个天线接收回波信号；3.设计匹配滤波器，利用匹配滤波器，对回波信号进行第i路匹配滤波，获取N路匹配滤波；4.设计转换矩阵，将匹配滤波后的数据从波束域反变换至阵元域得到数据矩阵，并对数据矩阵作降维处理；5.对降维后的数据矩阵进行空间平滑算法解相干，再利用空间平滑协方差矩阵估计目标角度。本发明的发射端具有全向测角能力，在接收端通过匹配滤波有效利用了发射自由度，降低了系统的复杂度，提高了参数估计性能，可用于对多个相干目标进行空间谱估计。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，更进一步涉及空时编码阵列空间平滑解相干谱估计方法，可对多个相干目标进行空间谱估计。

背景技术

传统相控阵雷达通过电扫描控制波束指向，进行波束扫描，同一时间只能形成一个固定的窄波束，指向某一较小的角度范围。多输入多输出MIMO雷达通过利用发射自由度，可以同时形成多个波束，但MIMO雷达各阵元发射波形要求完全正交，实际情况中难以实现。

空时编码的概念由F.Le Chevalier等人于2013年IET国际雷达会议上提出，具有灵活的波束控制能力，近几年受到了国内外学者的广泛关注。空时编码阵列雷达与普通相控阵相比，相邻阵元间有一个微小的相对时移。与MIMO雷达不同的是，空时编码阵列雷达各个阵元发射相同的波形，各路信号在空间相干合成一路，形成宽波束，其角度覆盖范围从-90度到90度。它可以利用单个天线接收回波信号，在接收端进行等效发射波束形成，通过接收端的信号处理能在任意感兴趣的角度区域形成同时多波束，能够灵活利用发射孔径的自由度，并降低系统复杂度。

现有很多对相干信号进行空间平滑解相干算法，比如电子科技大学一篇题目为基于空间谱估计的快速测向技术研究的硕士论文，该论文提出了波束零限DOA估计算法来解决普通空间谱估计不能快速求解计算的问题，但该算法运算量仍然偏大，且计算复杂，其空间谱估计性能相对于普通空间谱估计并没有明显的改善。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种空时编码阵列空间平滑解相干谱估计方法，以减小运算量，简化计算复杂度，提高空间谱估计性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一.技术原理

本发明根据多天线发射单天线接收体制，同时具备多波束的能力和可控的发射自由度，提出一种空时编码阵列空间平滑解相干谱估计方法。空时编码阵列发射线性调频信号，发射信号在相邻的发射天线单元之间引入时间差，雷达接受到目标回波信号后，对回波信号进行角度—时间二维匹配滤波，并设计形成空间多波束的输出信号，通过将波束域的回波数据变换到阵元域并进行空间平滑解相干，最后采用MUSIC算法实现空间谱估计技术进行多目标参数的联合估计。

二.实现方案：

根据上述原理，本发明的实现方案如下：

1.空时编码阵列空间平滑解相干谱估计方法，包括：

1)获取空时编码阵列N个阵元的发射信号S(t)；

2)空时编码阵列根据发射信号S(t)，利用单个天线接收回波信号y(t)；

3)设计匹配滤波器:

其中，t表示时间，j为虚数单位，s'(t)为发射端发射的线性调频信号基带形式，m＝1,…N表示在接收端效形成N个波束的第m个波束，θ为接收端等效发射波束形成的指向，d为发射阵元间距，λ为波长，Δt为各个发射阵元间引入相对时移；

4)用匹配滤波器h(t,θ_i)对接收回波信号y(t)进行第i路匹配滤波，得到输出的回波信号：其中，θ_i为接收端等效发射波束形成的指向:表示在接收端等效形成N个波束的第i个波束；