[发明专利]一种冲击噪声背景下单基地MIMO雷达DOA估计方法

说明书

本发明公开一种冲击噪声背景下单基地MIMO雷达DOA估计方法，第一步，基于SαS稳态分布的冲击噪声建模以及基于柯西核函数的冲击噪声抑制；第二步，基于迭代凸优化算法进行信号子空间构建；第三步，基于旋转不变方法来实现DOA估计。本发明针对Cauchy核函数的求解问题，利用复值牛顿梯度下降算法实现了对阵列接收数据信号子空间的迭代求解；经过多次迭代操作，得到性能良好的信号子空间。利用Cauchy核函数实现了对冲击噪声的抑制，解决了单基地MIMO雷达中冲击噪声背景下DOA估计问题。方位参数信息估计结果较为精确；在避免谱峰搜索的同时实现良好的来波方位估计。

【技术领域】

本发明一种冲击噪声背景下单基地MIMO雷达DOA估计方法，属于雷达探测技术领域，具体涉及单基地多输入多输出(MIMO)雷达的无源定位，特别是在冲击噪声背景下的单基地MIMO雷达的来波方位(DOA)估计技术。

【背景技术】

MIMO雷达是一种新体制雷达，其通过在发射端发射相互正交的信号，并在接收端进行正交匹配滤波将正交信号分离，能够在空间形成多个观测通道，且能够抑制环境噪声、杂波等非理性信号，在自身生存能力和目标探测能力方面都有很大的提高，具有广阔的应用前景。

目前，对MIMO雷达的DOA估计研究主要基于高斯噪声假设而展开，但在很多应用场景下常规高斯噪声假设实际上难以成立。如海杂波、地杂波和逆向散射回波对DOA估计的影响常表现出冲击特性，且服从冲击噪声分布的随机变量在理论上不具有二阶以上的统计量。因此，常规的基于二阶相关函数和高阶累积量的信号处理方法在冲击噪声背景下性能严重退化，甚至失效。在上述应用场景中如何有效地抑制冲击噪声对MIMO雷达DOA估计的影响，面临着两个主要的技术难题：一是针对冲击噪声的冲击特性，实现对冲击噪声中异常值抑制；二是异常值抑制后，需要高效算法实现冲击噪声背景下的MIMO雷达DOA精确估计。

【发明内容】

本发明一种冲击噪声背景下单基地MIMO雷达DOA估计方法，要解决的技术问题是：针对单基地MIMO雷达，利用柯西核函数实现对单基地MIMO雷达冲击噪声抑制，结合迭代凸优化算法和信号子空间旋转不变方法完成单基地MIMO雷达DOA精确估计。

本发明采取的技术方案如下：

第一步，基于SαS稳态分布的冲击噪声建模以及基于柯西(Cauchy)核函数的冲击噪声抑制

首先针对冲击噪声的建模不唯一性，这里采用SαS稳态分布来构建冲击噪声模型，并且为柯西核函数估计器对冲击噪声的抑制提供相应的数据模型。假设冲击噪声服从SαS稳态分布，SαS稳态分布的特征函数可以表示为

其中

j是单位虚数，exp是指数函数，α表示特征指数，其控制SαS稳态分布的厚度，γ表示散度参数，其类似于高斯分布的方差，β表示对称参数，β＝0意味着对称SαS稳态分布，a表示位置参数，意味着分布的均值或者中值。越小的α，冲击噪声的强度越强。

标准SαS稳态分布的概率密度函数可以表示为

其中不同特征指数的核函数可以定义为

利用柯西核函数来实现对冲击噪声的抑制，基于柯西核函数的DOA估计器可表示为其中M表示单基地MIMO雷达发射阵元个数，N表示接收阵元个数，argmin表示最小化，e_i(1≤i≤M+N-1)表示系统误差，ξ表示待估计参数。

第二步，基于迭代凸优化算法进行信号子空间构建