[发明专利]合成稀疏阵列MIMO雷达联合波束方向图的方法及系统

说明书

本发明涉及一种合成稀疏阵列MIMO雷达联合波束方向图的方法及系统，该方法包括：获取均匀线性的MIMO雷达联合波束方向图收发阵列结构；根据均匀线性阵列结构构建稀疏的MIMO雷达联合波束方向图收发阵列结构；对稀疏阵列结构中的阵元进行二进制编码，得到稀疏阵列结构中的收发位置指示向量；根据均匀线性阵列结构和收发位置指示向量得到稀疏阵列结构中的阵元位置；根据获取的目标函数对稀疏阵列结构中的阵元位置进行优化求解，得到稀疏阵列结构中最优的阵元位置；根据稀疏阵列结构中最优的阵元位置和获取的均匀线性的MIMO雷达的联合波束方向图表达式得到稀疏阵列下MIMO雷达联合波束方向图。本发明能够提高雷达的目标检测、参数估计的性能。

技术领域

本发明涉及雷达阵列信号处理领域，特别是涉及一种合成稀疏阵列MIMO雷达联合波束方向图的方法及系统。

背景技术

多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达使用多个发射天线发射不同的正交信号，并使用多个接收天线接收目标回波信号，能够形成更大孔径的虚拟阵列，相比于相控雷达有明显优势而成为热门的新雷达模式。而非均匀阵列可以用更少的阵元数实现更优的性能。系统阵元的数目直接影响到了系统的成本、复杂度以及处理速度。因此，将MIMO雷达系统和非均匀阵列的布阵方式相结合，能够用更少的阵元数获得更高的性能，对其进行深入研究具有十分重要的意义。

在实际工程应用中，如何设计一种优化算法，不仅能高效优化阵元位置或者激励分布，还能获得理想的方向图，成为MIMO雷达系统的一个关键技术。非均匀阵列下研究雷达波束方向图的方法大致分为下面几类：确定性方法、压缩感知类方法和智能优化方法。确定性方法和压缩感知类方法的本质是使用最少的阵元数以较小的误差来匹配预先设定的阵列方向图，但是这两种方法都需要提前给定期望的波束方向图，这在工程实际中是很难得到的，增加了实际操作的困难性；其次，对阵列孔径进行小间隔的离散划分，使得这两种方法得到最终阵元位置会相隔太近，而在实际中不可得，又进一步的增加了工程操作的困难性，而对阵列孔径进行大间隔的离散划分，会使得得到的波束方向图误差较大，难以满足应用的需求。相比之下，智能优化算法能够得到全局最优，同时约束最小的阵元间距，已越来越多地应用于天线优化布阵中。但是在现有的智能优化类算法的研究中，如遗传算法(GA)，通常存在着在求解时局部搜索能力较差，使得在进化后期求解能力变弱，导致早熟现象而得到次优解；而且，进化后期种群内相似个体较多，固定概率的交叉和变异概率使种群内个体扰动较小，不能满足进化需求，从而得不到最优解。所以的这些缺陷会最终导致得到的雷达联合波束方向图有较高的旁瓣水平和展宽的主瓣波束，影响后续的目标检测、参数估计等性能，同时使用的天线阵元数的占有率较高，增加了工程成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种合成稀疏阵列MIMO雷达联合波束方向图的方法及系统，能够利用较少的雷达收发阵元数得到主瓣较窄峰旁瓣水平更低的雷达联合波束方向图，提高了雷达的目标检测、参数估计的性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种合成稀疏阵列MIMO雷达联合波束方向图的方法，包括：

获取均匀线性的MIMO雷达联合波束方向图收发阵列结构，记为均匀线性阵列结构，所述收发阵列结构包括接收阵列结构和发射阵列结构，阵列结构的阵元放置在由栅格点构成的线阵下；

根据所述均匀线性阵列结构构建稀疏的MIMO雷达联合波束方向图收发阵列结构，记为稀疏阵列结构；

对所述稀疏阵列结构中的阵元进行二进制编码，其中1表示栅格点有阵元，0表示栅格点无阵元，得到稀疏阵列结构中的收发位置指示向量；所述收发位置指示向量包括接收位置指示向量和发射位置指示向量；

根据所述均匀线性阵列结构和收发位置指示向量得到稀疏阵列结构中的阵元位置；

获取目标函数，所述目标函数用于降低MIMO雷达联合波束方向图的峰值旁瓣电平；