基于四阶累积量的单基地MIMO雷达分布式目标角度估计方法

摘要

本发明提供的是一种基于四阶累积量的单基地MIMO雷达分布式目标角度估计方法。M个收发共置的天线阵元，发射端发射相互正交的相位编码信号，接收端接收相互正交的相位编码信号；接收端每个接收阵元的匹配滤波器对接收到的正交信号进行匹配滤波进行分离，得到分布式目标接收信号矩阵；利用分布式目标接收信号矩阵，计算接收信号的四阶累积量矩阵；对四阶累积量矩阵进行特征值分解，求得相互正交的信号子空间与噪声子空间，利用多重信号分类算法构造空间谱函数；利用二维谱峰搜索计算分布式目标角度。本发明即使在色噪声环境下对中心波达方向角仍有很高的估计精度，且能够估计出分布式目标的扩展角度、实现中心波达方向角与扩展角的自动配对。

主权项

一种基于四阶累积量的单基地MIMO雷达分布式目标角度估计方法，其特征是：(1)M个收发共置的天线阵元，发射端发射相互正交的相位编码信号，接收端接收相互正交的相位编码信号，每个收发阵元的间距均为半波长；(2)接收端每个接收阵元的匹配滤波器对接收到的正交信号进行匹配滤波进行分离，得到分布式目标接收信号矩阵；(3)利用得到的分布式目标接收信号矩阵，计算接收信号的四阶累积量矩阵；(4)对四阶累积量矩阵进行特征值分解，求得相互正交的信号子空间与噪声子空间，利用多重信号分类算法构造空间谱函数；(5)利用二维谱峰搜索计算分布式目标角度，即中心波达方向角角和扩展角；所述的分布式目标接收信号矩阵按如下方法得到：1)接收阵列接收到的第q个发射脉冲重复周期的回波信号表示为：式中P是目标个数，α_pq是第p个目标在第q个发射脉冲重复周期的雷达截面反射系数，为接收导向矢量，λ为载波波长，是分布式目标确定性信号分布函数，s(t)是发射的正交编码信号，N(t)是高斯色噪声；2)对接收信号进行匹配滤波，式表示为：式中S(t)＝[s₁(t),s₂(t),…,s_M(t)]^T，n(t)表示经匹配滤波后的高斯色噪声，在快拍个数是Q时，得到分布式目标信号接收矩阵：式中所述的四阶累积量矩阵构造按如下进行：1)对于n×1维接收信号x，其四阶累积量由下式确定：$\begin{array}{c}{C}_{4x}(k_1,k_2,k_3,k_4)=cum\{x_{k1},x_{k2},x_{k3},x_{k4}\}\\ =E\left\{x_{k1}{x}_{k2}{x}_{k3}^{*}{x}_{k4}^{*}\right\}-E\left\{x_{k1}{x}_{k3}^{*}\right\}E\left\{x_{k2}{x}_{k4}^{*}\right\}\\ -E\left\{x_{k1}{x}_{k4}^{*}\right\}E\left\{x_{k2}{x}_{k4}^{*}\right\}-E\left\{x_{k1}{x}_{k2}\right\}E\left\{x_{k3}^{*}{x}_{k4}^{*}\right\}\end{array};$2)根据上式，分布式目标接收信号矩阵的四阶累积量矩阵的计算方法为：$R_4=E\left\{(Y\otimes Y^{*}){(Y\otimes Y^{*})}^H\right\}-E\{Y\otimes Y^{*}\}E\left\{{(Y\otimes Y^{*})}^H\right\}-E\{Y·Y^H\}E\left\{{(Y·Y^H)}^{*}\right\};$所述对四阶累积量矩阵进行特征值分解为：$R_4=U_s{\Sigma }_s{U}_s^H+U_n{\Sigma }_n{U}_n^H$式中U_s是R₄最大的P²个特征值对应的特征向量所张成的信号子空间，Σ_s为最大的P²个特征值组成的对角阵；U_n是M⁴‑P²个最小的特征值对应的特征向量所张成的噪声子空间，Σ_n为M⁴‑P²个最小的特征值组成的对角阵；所述的基于多重信号分类算法的空间谱函数构造方法为：1)信号子空间由导向矢量矩阵的列向量张成，即2)信号子空间与噪声子空间相互正交3)得到空间谱函数通过对空间谱函数进行二维谱峰搜索计算得到分布式目标中心波达方向角角和扩展角。