[发明专利]基于快速傅里叶变换的MIMO雷达系统角度估计方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及多输入多输出（MIMO）雷达系统，具体的说是一种基于快速傅里叶变换的双基地多输入多输出（MIMO）雷达系统角度估计方法，可以在大型阵列大快拍数的条件下有效地降低运算复杂度，能够实现对目标角度的准确估计。

背景技术

雷达作为一种全天时、全天候的探测装备，已成功地应用于地基、机载和星载中，在军事和民用中发挥着越来越显著、重要的作用。早期的雷达采用机械扫描的抛物面天线，其发射和接收都是单通道，空间没有可利用的自由度。20世纪60年代提出了相控阵雷达技术，它是由多个天线单元和移相网络构成，通过调整各个阵元的相位，可同时形成多个发射和接收波束。与机械扫描体制的雷达相比，相控阵雷达有效地利用了接收孔径自由度，但是仍没有利用发射孔径自由度。在这种背景下，多输入多输出（MIMO,Multiple-Input Multiple-Output）雷达的概念应运而生。MIMO雷达的基本思想是在发射端各个阵元发射不同的信号，在接收端通过信号处理分离各个发射通道的信号，从而在接收端实现发射孔径自由度的利用。按照信号处理方式，现有的MIMO雷达可分为两类：一类是基于相控阵体制下的相干处理MIMO雷达，包括收发共置的单基地MIMO雷达和收发分置的MIMO雷达，另一类是基于多基站或多站点的非相干处理MIMO雷达。

MIMO雷达参数估计是当前研究的一个热点。从广义上讲，MIMO雷达实际上是现有雷达体制的延伸和拓展。传统相控阵雷达的波达方向（DOA,Direction of Arrival）估计算法仍然适用于MIMO雷达。闫海东等人在2008年发表的《Multitarget Identification and Localization Using Bistatic MIMO Radar》文章中，提出一种基于Capon的双基地MIMO雷达多目标分辨与定位的方法。陈多芳等人2008年在Electronics Letters上发表的《Angle Estimation using ESPRIT in MIMO radar》中，通过在发射端和接收端分别构造旋转不变因子，从而估计目标的离开角度和到达角度。刘晓莉等在2010年发表的《Joint DOD and DOA Estimation using Real Polynomial Rooting in Bistatic MIMO Radar》文章中，提出了一种基于实多项式求根的角度估计方法。谢荣等人在2012年的Signal Processing上发表的文章《Direction Finding with Automatic Pairing for Bistatic MIMO Radar》中，利用了收发导向矢量Kronecker直积和子空间正交性的特征，将两维角度搜索转化成两个一维角度搜索，可在一定程度上降低运算量。但是，这些方法由于涉及到全维接收数据的协方差矩阵估计和特征分解、迭代寻优、角度搜索等，过程复杂，计算量大，尤其是在大型阵元数和大快拍数的情况下，运算复杂度的增加是显著的，带来的直接影响是实际工程的可实现性降低。因此，研究低复杂度的高分辨率角度估计算法在MIMO雷达系统的应用中具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于快速傅里叶变换的双基地多输入多输出雷达系统角度估计方法，其避免了全维接收数据协方差矩阵的估计和求逆等步骤，解决了在大型阵列和大快拍数条件下离开角度和到达角度估计中计算量大的技术问题。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

基于快速傅里叶变换的多输入多输出雷达系统角度估计方法，其按如下步骤进行：

(1)首先将MIMO雷达系统第l个脉冲接收的数据矩阵进行均匀划分，划分后的信号表示为：