[发明专利]双基地MIMO雷达均匀圆阵角度多普勒频率估计方法

摘要

本发明公开了一种双基地MIMO雷达均匀圆阵角度多普勒频率估计方法，其主要思路是分别将双基地MIMO雷达的发射机配置为Μ个阵元的均匀圆阵，接收机配置为Ν个阵元的均匀圆阵，并使发射机中Μ个阵元发射正交信号，再使接收机中的Ν个阵元分别接受该发射机中Μ个阵元发射的正交信号，并进行匹配滤波，依次得到匹配滤波后的雷达回波信号和L次快拍积累得到的NM×L维矩阵，进而得到该NM×L维矩阵中任意一个接收阵元的M×L维切片矩阵形式，然后利用平行因子算法分别得到发射方向估计矩阵、接收方向估计矩阵和归一化多普勒频率方向估计矩阵，最后利用最小二乘算法分别估计得到雷达目标相对于发射机和接收机的方位角和俯仰角，以及雷达目标的归一化多普勒频率估计值。

主权项

一种双基地MIMO雷达均匀圆阵角度多普勒频率估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，分别将双基地MIMO雷达的发射机配置为M个阵元的均匀圆阵，接收机配置为N个阵元的均匀圆阵，并使发射机中M个阵元发射相互正交的波形信号；其中，M表示发射机阵元个数，N表示接收机阵元个数，且M、N均为自然数；步骤2，利用发射机中M个阵元发射相互正交的波形信号，接收机中的N个阵元分别接收该发射机中M个阵元发射相互正交的波形信号，并进行匹配滤波，依次得到匹配滤波后的NM×1维雷达回波信号x和L次快拍积累得到的NM×L维矩阵X，进而得到L次快拍积累得到的NM×L维矩阵X中第n个接收阵元的M×L维切片矩阵形式Xn；其中，M表示发射机阵元个数，n∈{1，2，...，N}，N表示接收机阵元个数，L表示快拍次数，且M、N、L均为自然数；步骤3，根据L次快拍积累得到的NM×L维矩阵X中第n个接收阵元的M×L维切片矩阵形式Xn，分别得到发射方向估计矩阵接收方向估计矩阵和归一化多普勒频率方向估计矩阵步骤4，根据发射方向估计矩阵得到K个雷达目标分别相对于发射机的方位角估计值向量和俯仰角估计值向量根据接收方向估计矩阵得到K个雷达目标分别相对于接收机的方位角估计值向量和俯仰角估计值向量其中，发射方向估计矩阵的第k列为接收方向估计矩阵的第k列为和的表达式分别为：a^t(φtk,θtk)=[ej2πrλsinφtk·cos(θtk-βt1),ej2πrλsinφtk·cos(θtk-βt2),...,ej2πrλsinφtk·cos(θtk-βtM)]T,]]>a^r(φrk,θrk)=[ej2πrλsinφrk·cos(θrk-βr1),ej2πrλsinφrk·cos(θrk-βr2),...,ej2πrλsinφrk·cos(θrk-βrN)]T;]]>步骤4具体包括：令βr1＝0，βt1＝0，并将中的每一项都除以第一项然后去掉其第一项，得到发射新矢量ak1，再取ak1对数的虚部得到a′k1；将中的每一项都除以第一项然后去掉其第一项，得到接收新矢量ak2，再取ak2对数的虚部得到a′k2，a′k1和a′k2的表达式分别为：ak1′=ξsinφtkcosθtk(cosβt2-1)+ξsinφtksinθtksinβt2...ξsinφtkcosθtk(cosβt(i+1)-1)+ξsinφtksinθtksinβt(i+1)...ξsinφtkcosθtk(cosβtM-1)+ξsinφtksinθtksinβtM,]]>ak2′=ξsinφrkcosθrk(cosβr2-1)+ξsinφrksinθrksinβr2...ξsinφrkcosθrk(cosβr(j+1)-1)+ξsinφrksinθrksinβr(j+1)...ξsinφrkcosθrk(cosβrN-1)+ξsinφrksinθrksinβrN,]]>其中，φtk表示第k个雷达目标的发射俯仰角，θtk表示第k个雷达目标的发射方位角，βtm表示第m(m＝1，2，...，M)个发射阵元的方位角，M表示发射机阵元个数，ξ＝2πr/λ，r表示发射机或接收机的均匀圆阵半径，φrk表示第k个雷达目标的接收俯仰角，θrk表示第k个雷达目标的接收方位角，ξ＝2πr/λ，λ表示发射阵所发射波的波长；令a′k1中的第i项ξsinφtk cosθtk(cosβt(i+1)‑1)+ξsinφtk sinθtk sinβt(i+1)除以(cosβt(i+1)‑1)，i∈{1，2，3，...，M‑1}，得到βk1，以及，令a′k2中的第j项ξsinφrk cosθrk(cosβr(j+1)‑1)+ξsinφrk sinθrk sinβr(j+1)除以(cosβr(j+1)‑1)，j∈{1，2，3，...，N‑1}，得到βk2，βk1和βk2的表达式分别为：βk1=ctk0+ctk1sinβt2/(cosβt2-1)...ctk0+ctk1sinβt(i+1)/(cosβt(i+1)-1)...ctk0+ctk1sinβtM/(cosβtM-1),]]>βk2=crk0+crk1sinβt2/(cosβr2-1)...crk0+crk1sinβr(j+1)/(cosβr(j+1)-1)...crk0+crk1sinβrN/(cosβtN-1),]]>其中，ctk0＝ξsinφtk cosθtk，ctk1＝ξsinφtk sinθtk，crk0＝ξsinφrk cosθrk，crk1＝ξsinφrk sinθrk，ξ＝2πr/λ，φtk表示第k个雷达目标的发射俯仰角，θtk表示第k个雷达目标的发射方位角，βtm表示第m个发射阵元的方位角，φrk表示第k个雷达目标的接收俯仰角，θrk表示第k个雷达目标的接收方位角，βrm表示第m个接收阵元的方位角，M表示发射机阵元个数，N表示接收机阵元个数，m∈{1，2，…，M}，r表示发射机或接收机的均匀圆阵半径，λ表示发射阵所发射波的波长；根据可知的求解是一个标准的参数估计问题，利用最小二乘算法估计得到的估计值并且其中，ctk0＝ξsinφtk cosθtk，ctk1＝ξsinφtk sinθtk，ξ＝2πr/λ，φtk表示第k个雷达目标的发射俯仰角，θtk表示第k个雷达目标的发射方位角，βtm表示第m个发射阵元的方位角，M表示发射机阵元个数，r表示发射机或接收机的均匀圆阵半径，λ表示发射阵所发射波的波长；根据可知的求解是一个标准的参数估计问题，利用最小二乘算法估计得到的估计值并且其中，ctk0＝ξsinφrk cosθrk，crk1＝ξsinφrk sinθrk，ξ＝2πr/λ，φrk表示第k个雷达目标的接收俯仰角，θrk表示第k个雷达目标的接收方位角，βrn表示第n个接收阵元的方位角，n∈{1，2，…，N}，N表示接收机阵元个数，r表示发射机或接收机的均匀圆阵半径，λ表示发射阵所发射波的波长；进而分别得到第k个雷达目标的发射方位角估计值和第k个雷达目标的发射俯仰角估计值以及第k个雷达目标的接收方位角估计值和第k个雷达目标的接收俯仰角估计值进而分别得到K个雷达目标的发射方位角估计值K个雷达目标的发射俯仰角K个雷达目标的接收方位角和K个雷达目标的接收俯仰角其中，ξ＝2πr/λ；将估计出的K个雷达目标的发射方位角排成一个列向量即为雷达目标相对于发射机均匀圆阵的方位角估计值向量；以及，将估计出的K个雷达目标的发射俯仰角排成一个列向量即为雷达目标相对于发射机均匀圆阵的俯仰角估计值向量；将估计出的K个雷达目标的接收方位角排成一个列向量即为雷达目标相对于接收机均匀圆阵的方位角估计值向量，将估计出的K个雷达目标的接收俯仰角排成一个列向量即为雷达目标相对于接收机均匀圆阵的俯仰角估计值向量；步骤5，根据归一化多普勒频率方向估计矩阵得到第k个雷达目标的归一化多普勒频率估计值进而得到K个雷达目标的多普勒频率估计值向量其中，表示由K个归一化多普勒频率估计值排成的列向量，也为K个雷达目标的多普勒频率估计值向量，k∈{1，2，…，K}，K表示空间雷达目标个数，且K为自然数。