[发明专利]一种MIMO雷达参数估计方法

权利要求书

1.一种MIMO雷达参数估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

建立MIMO雷达非圆信号模型，获取目标的接收信号数据矩阵；

对所述接收信号数据矩阵进行扩展、计算得到协方差矩阵；

对所述协方差矩阵做特征值分解，获取信号子空间；

通过所述信号子空间获取信号子空间矩阵；

联合信号子空间矩阵和构造矩阵得到来波方向的俯仰角、方位角和多普勒频率；

所述协方差矩阵获取方法包括：

所述MIMO雷达非圆信号模型包括发射阵列和接收阵列；

以发射阵列和接收阵列的第一个阵元为参考单元，获得第k个目标的发射信号导向矢量和接收信号导向矢量：

d_t＝Nd_r，KMN，

其中，a(θ_k)为第k个目标的发射信号导向矢量，为第k个目标的接收信号导向矢量，θ_k为第k个目标的波离角，为第k个目标的波达角，d_t为发射阵列阵元的间距，d_r接收阵列阵元的间距，M为发射阵列的阵元数，N为接受阵列的阵元数，K为目标总数，e为欧拉数，j为虚数单位，λ为波长，T表示对矩阵进行转置；

通过发射信号导向矢量和接收信号导向矢量获得第n个接收阵元的接收信号X_n为：

通过接收阵元的接收信号得到MIMO雷达虚拟收发阵列X为：

其中，

A(θ)＝[a(θ₁)a(θ₂)...a(θ_k)]，

S＝ΨS₀＝[S(1)，S(2)，...，S(P)]，

S₀＝[s₀₁，s₀₂，...，s_0k]^T，

f_d＝[f_d1…f_dk]，

其中，A(θ)为发射阵列方向矩阵，为接收阵列方向矩阵，f_dk为第k个目标的归一化的多普勒频率，f_d为归一化的多普勒频率，η为K个目标的反射幅度，η_k为第k个目标的反射幅度，S为非圆信号数据矩阵，E空间白与时间白的复高斯白噪声，Ψ为非圆信号的相位矩阵，S₀表示一个实值矩阵，Ψ_k为第k个目标信号的非圆相位，s_0k表示能通过移相得到最大非圆信号s_k的零初相实信号；

对虚拟收发阵列X进行滤波处理得到滤波后的接收信号数据矩阵、对滤波后的接收信号数据矩阵进行时域延迟抽头采样得到：

即：

Y＝AS+E，

其中，

A＝[a₁，a₂...a_k]，

其中，Y为滤波后的接收信号数据矩阵，A为空-时域方向矩阵，b(f_dk)为第k个目标的时域方向矩阵，a_k为第k个目标的空-时域方向矩阵，P表示时域延迟抽头采样共有P级延迟，表示克罗内克积；

对滤波后的接收信号数据矩阵Y进行扩展，得到：

其中，J是反对角线元素全为1，其余位置全为0的MN×MN维交换矩阵，Y^*代表矩阵Y的共轭，E′表示重新构造的噪声矩阵，E^*为E的共轭，E为噪声数据矢量，Y′为扩展后的接收信号数据矩阵；

通过对Y′进行计算获得协方差矩阵：

R_zz＝E[Y′Y′^H]

其中，R_zz为协方差矩阵，Y′^H为Y′的共轭转置；

所述信号子空间矩阵获取方法如下：

对空-时域方向矩阵A进行定义：

其中，b₁(f_dk)、b₂(f_dk)分别是b(f_dk)前P-1个和后P-1个元素，a_M1(θ_k)、a_M2(θ_k)分别是的前M-1个和后M-1个元素，分别是的前N-1个和后N-1个元素；

对上式进行旋转变换得到：

A_D2＝A_D1φ_D，A_M2＝A_M1φ_M，A_N2＝A_N1φ_N，

其中，A_D1为b(f_dk)取前P-1个元素所构成的空-时子矩阵，A_D2为b(f_dk)取后P-1个元素所构成的空-时子矩阵，A_M1为a(θ_k)的前M-1个元素所构成的空-时子矩阵，A_M2为a(θ_k)的后M-1个元素所构成的空-时子矩阵，A_N1为的前N-1个元素所构成的空-时子矩阵，A_N2为的后M-1个元素所构成的空-时子矩阵；

从信号子空间E_s中定义信号子矩阵得到：

E_s-D1、E_s-D2、E_s-M1、E_s-M2、E_s-N1、E_s-N1；

其中，E_s-D1为E_s对应A_D1取前P-1个元素所构成的信号子空间，E_s-D2为E_s对应A_D2取后P-1个元素所构成的信号子空间，E_s-M1为E_s对应A_M1取前M-1个元素所构成的信号子空间，E_s-M2为E_s对应A_M2取后M-1个元素所构成的信号子空间，E_s-N1为E_s对应A_N1取前N-1个元素所构成的信号子空间，E_s-N2为E_s对应A_N2取后M-1个元素所构成的信号子空间。