[发明专利]基于互质MIMO阵列的相干与非相干混合目标DOA估计方法

摘要

本发明公开了一种基于互质MIMO阵列的相干与非相干混合目标DOA估计方法，相比于实际的稀疏互质MIMO阵列，本发明构造了均匀密布的虚拟MIMO阵列，包含更多数目的发射阵元和接收阵元，利用获得的虚拟MIMO阵列的等效多快拍数据进行DOA估计，既能解决相干与非相干混合目标DOA估计的问题，又能够突破互质MIMO阵列实际阵元数目对最大可分辨目标数目的限制。本发明还能够获得不同发射与接收阵元数目的虚拟MIMO阵列，对应不同的最大可分辨相干目标数目和最大可分辨相干与非相干目标总数，通过灵活选取虚拟MIMO阵列发射与接收阵元的数目，满足不同场景对相干与非相干目标DOA估计的需求，提升了DOA估计的灵活性。

主权项

一种基于互质MIMO阵列的相干与非相干混合目标DOA估计方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)选定一区域，按互质布局摆放N个发射阵元和2M－1个接收阵元，使其形成一个互质MIMO阵列，其中M＜N，发射阵元和接收阵元位于同一直线上，N个发射阵元的位置为Pt＝{Mnd；n＝0,1,…,N‑1}，2M－1个接收天线的位置为Pr＝{Nmd；m＝1,2,…,2M‑1}，d为半波长的基本间距；(2)N个发射阵元依次发射频率为c/2d的电磁波信号进行远场目标探测，c为光速，若探测到目标则经散射后返回，返回的回波信号同时被2M－1个接收阵元接收，获得(2M－1)×N个收发通道的回波信号，每个通道的回波信号分别经过K次采样产生K个快拍数据；(3)将N个发射阵元的位置依次与2M－1个接收阵元的位置相加，每相加一次得到一虚拟阵元，形成一由虚拟阵元构成的虚拟阵列，记为互质MIMO阵列的和协同阵，其中虚拟阵元的位置为：S＝{Mnd+Nmd；n＝0,1,…,N‑1；m＝1,2,…,2M‑1}         (1)(4)从和协同阵中提取中间均匀分布的虚拟阵元组成一参考和协同阵，所述均匀分布的虚拟阵元为以间距d均匀分布于(MN－M+1)d至(2MN－1)d区间内的MN+M－1个虚拟阵元；(5)基于参考和协同阵，构造一个包含A个虚拟发射阵元和B个虚拟接收阵元的均匀密布的虚拟MIMO阵列，A个虚拟发射阵元的位置为Pv,t＝{(xt+i)d；i＝1,2,…,A}，B个虚拟接收阵元的位置为Pv,r＝{(xr+j)d；j＝1,2,…,B}，同时满足：xt+i+xr+j=MN-M+Q,∀i∈[i,1,...,A],j∈[1,2,...,B],Q∈[1,2,...,MN+M-1]---(2)]]>其中xt和xr为任意实数，且xt‑xr＝MN‑M‑1；(6)依次将第i个虚拟发射阵元和第j个虚拟接收阵元组成虚拟收发通道，以(xt+i)+(xr+j)这个位置和值为参照，从参考和协同阵中查找对应该值的虚拟阵元，再从在互质MIMO阵列中，查找产生该虚拟阵元的收发通道，将该收发通道的K个快拍数据，作为该虚拟收发通道的等效快拍数据；最终形成B×A×K的三维数据矩阵Xv；(7)对Xv通过对K个快拍数据求取时间平均的方式获得维数为B×B的二维相关矩阵Rv，即：Rv=1KΣk=1KXv(:,:,k)XvH(:,:,k)---(3)]]>其中，上标H代表对矩阵Xv(:,:,k)的转置共轭操作；(8)针对维数为B×B的相关矩阵Rv，根据MUSIC子空间DOA估计算法，计算包含目标DOA估计值的空间谱。