[发明专利]基于嵌套阵列的MIMO雷达波达方向估计方法

摘要

本发明公开了一种基于嵌套阵列的MIMO雷达波达方向估计方法，主要解决早期MIMO雷达波达方向分辨率低和识别信源数少的问题。其实现步骤是：1)建立基于嵌套阵列的MIMO雷达模型，获得目标返回信号；2)对目标返回信号依次进行快拍取样、匹配滤波和向量化，得到向量化后的接收数据y；3)估计y的协方差矩阵R_yy并向量化，得到观测矢量z；4)去除观测矢量z的重复元素，得到虚拟的差分阵列接收数据z₁；5)将z₁划分为N₁个子阵接收数据，得到秩恢复的接收数据协方差矩阵R_ss；6)对R_ss进行特征值分解得到噪声子空间E_N；7)根据E_N形成的谱函数得到波达方向。本发明提高了MIMO雷达系统的自由度和分辨率，可用于雷达目标方位检测。

主权项

1.一种基于嵌套阵列的MIMO雷达波达方向估计方法，包括如下步骤：(1)建立基于嵌套阵列的MIMO雷达模型：(1a)设MIMO雷达发射和接收的阵元数分别为M和N，其中接收阵列采用二阶嵌套阵列，N≥2，发射阵列由该嵌套阵列的首尾阵元构成，M＝2；(1b)用发射阵列发射的正交信号照射Q个目标，通过接收阵列接收目标的返回信号X；(2)使用接收阵列对目标的返回信号进行快拍取样和匹配滤波操作，得到接收阵列的接收数据并对进行向量化，得到向量化后的接收数据为：其中，(·)^H表示共轭转置操作，X为N×L维的接收数据，L表示快拍数，S为M×L维的发射信号，vec(·)表示矩阵的向量化操作；(3)根据步骤(2)中向量化后的接收数据y，得到虚拟的差分阵列接收数据z₁：(3a)估计向量化后的接收数据y的协方差矩阵：(3b)对协方差矩阵R_yy进行向量化，得到观测矢量：z＝vec(R_yy)；(3c)去除z中重复的元素，得到虚拟的差分阵列接收数据：z₁＝Dis(z)；其中，Dis(·)表示去除向量中重复元素操作；(4)根据步骤(3)得到的虚拟差分阵列接收数据z₁，将z₁划分为N₁个子阵接收数据，得到z₁秩恢复的接收数据协方差矩阵R_ss；(5)对步骤(4)得到的秩恢复的接收数据协方差矩阵R_ss进行特征值分解，得到Q个大特征值和N₁‑Q个小特征值；用Q个大特征值所对应的特征矢量构成信号的子空间E_s，用N₁‑Q个小特征值所对应的特征矢量构成噪声的子空间E_N；(6)根据步骤(5)中得到的噪声子空间E_N，计算波达方向θ：(6a)将步骤(4)中第1个子阵接收数据作为参考，得到该子阵接收数据的导向矢量，即MIMO雷达的虚拟导向矢量：其中，(·)^T表示转置操作，θ为目标源方位，λ为发射波波长，d_r1为二阶嵌套阵列的第一级均匀线阵阵元间距；(6b)根据噪声子空间E_N和MIMO雷达的虚拟导向矢量a₁(θ)，计算空间谱函数P(θ)：(6c)从空间谱函数P(θ)中找出K个谱峰的峰值点所对应的角度，即为波达方向θ。