[发明专利]一种双基地MIMO雷达空间机动目标跟踪方法

摘要

本发明公开了一种双基地MIMO雷达的空间机动目标跟踪方法，能够实现对空间机动目标的三维位置、速度等运动参数的准确估计与预测；该方法将双基地MIMO雷达均匀圆阵体制应用于空间机动目标跟踪，在双基地MIMO雷达均匀圆阵角度多普勒频率估计的基础上，基于目标状态空间，在发射均匀圆阵与接收均匀圆阵的测量直角坐标系下，根据测元与目标运动状态变量之间的函数关系，进而建立测量方程，并采用适用于机动目标跟踪的“当前”统计模型建立描述目标运动参数随时间演化的状态方程，利用适用于非线性状态滤波的无迹卡尔曼滤波算法实时估计目标的运动参数，并可对目标运动参数进行预测，实现对空间机动目标的跟踪。

主权项

一种双基地MIMO雷达空间机动目标跟踪方法，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，利用所述发射机中M个阵元发射相互正交的波形信号，接收机中的N个阵元分别接收所述发射机中M个阵元发射的相互正交的波形信号，并进行匹配滤波，获得匹配滤波后的NM×1维雷达回波信号s和L次快拍积累得到的NM×L维雷达回波信号矩阵S，进而获得矩阵S中第n个接收阵元的M×L维切片矩阵形式S_n，其中，L表示快拍次数，n为自然数，n＝1，2，...,，N；步骤3，根据N个接收阵元的M×L维切片矩阵S₁～S_N，利用平行因子算法分别获得发射方向向量的估计接收方向向量的估计和归一化多普勒频率方向向量的估计步骤4，根据所述发射方向向量的估计获得目标相对于发射机的方位角估计值和俯仰角估计值根据所述接收方向向量的估计获得目标相对于接收机的方位角估计值和俯仰角估计值步骤5，根据所述归一化多普勒频率方向向量的估计利用最小二乘算法获得目标的归一化多普勒频率估计值步骤6，利用地心直角坐标系建立目标的运动状态空间，基于目标的运动状态空间，采用CS模型建立目标状态方程其中，为目标运动状态变量，包括目标三维位置[x，y，z]、速度加速度k表示目标状态的采样时刻序号，k＝1，2，3，…，X(k‑1)和X(k)分别表示第k‑1个和第k个采样时刻的目标状态，Φ表示状态转移矩阵，U表示控制矩阵，表示第k个采样时刻的目标机动加速度均值，W(k)表示第k个采样时刻的目标状态噪声向量；步骤7，基于目标状态空间，在发射均匀圆阵与接收均匀圆阵的测量直角坐标系下，根据测元与目标运动状态变量X之间的函数关系，建立测量方程Y(k)＝h(X(k))+v(k)，其中，v(k)表示各测元的测量噪声向量；Y(k)表示第k个采样时刻的目标测元，h(X(k))表示第k个采样时刻的目标测元与第k个采样时刻的目标运动状态之间的映射关系；步骤8，基于测量方程，根据初始两个采样时刻获取的目标测元Y(1)，Y(2)，计算X(1)＝[x(1)，y(1)，z(1)]^T和X(2)＝[x(2)，y(2)，z(2)]^T，进而计算目标运动状态变量的初值和对应的协方差矩阵P(0)，得到目标运动状态的滤波初值；步骤9，获得滤波初值后，采用UKF算法，利用第k个采样时刻的测元Y(k)、目标在第k‑1个采样时刻的状态估计与协方差矩阵P(k一1)获得目标在第k个采样时刻的状态估计与协方差矩阵P(k)，依次获得目标在各采样时刻的运动状态，完成对空间机动目标的跟踪。