[发明专利]互耦条件下基于张量实值子空间的双基地MIMO雷达角度估计方法

说明书

技术领域

本发明属于双基地MIMO雷达系统技术领域，具体涉及一种互耦条件下基于张量实值子空间的双基地MIMO雷达角度估计方法。

背景技术

角度估计问题在阵列处理应用中是最基本的方面，对于传统阵列处理，例如单输入多输出(SIMO)结构，人们已经提出了许多角度估计技术。最近，一种新型阵列处理结构，多输入多输出(MIMO)雷达，为参数估计提供了新视点，尤其是对联合波离方向(DOD)和波达方向(DOA)的估计。MIMO雷达可以分为两类，统计MIMO雷达和相干MIMO雷达。统计MIMO雷达由彼此分离的天线组成，但是相干MIMO雷达由紧密共置的发射和接收天线组成。文章研究的是相干MIMO雷达。

最近几年里，波离方向(DOD)和波达方向(DOA)估计问题在具有紧密共置天线的双基地MIMO雷达中吸引越来越多的关注，对于这个问题人们已经提出了很多算法。一种基于Capon估计量的二维空间搜索技术(EURASIP Journal on Advances in Signal Processing，2008，Article ID 283483，8pp)被提出来估计DOD和DOA，且能够自动正确地匹配。然而，由于二维空间搜索，涉及到了高计算量。为了避免空间搜索过程，在双基地MIMO雷达的发射阵列和接收阵列应用了旋转不变技术(ESPRIT)对信号参数进行估计，然后DOD和DOA通过两个独立的ESPRITs获得。因此，这需要附加匹配过程。一种不需要匹配的ESPRIT算法(Electronics Letters，2008，44(24)：1422-1423)，和另外一种方法(Electronics Letters，2008，44(12)：770-771)比具有更低的计算复杂度且提供了相似的角度估计性能。此外，利用非圆信号的特点，人们提出了共轭ESPRIT(C-ESPRIT)(Signal processing，2013，93：2070-2075)和酉共轭ESPRIT算法(IEICE Transations on Electronics，2012，96(1)：124-126)，比基于ESPRIT的方法提供更好的角度估计性能。另一方面，考虑到在发射阵列和接收阵列都存在的互耦影响，以上所提的算法中角度估计准确度均大大降低。为了解决这一问题，人们提出了相似MUSIC算法(Signal processing，2012，92(2)：527-522)和相似ESPRIT算法(Signal processing，2012，92(12)：3039-3048)对双基地MIMO雷达的角度和互耦进行估计。然而，上述提到的所有方法都需要将接收数据堆积到一个特殊结构的矩阵中，忽略了接收数据固有的高维结构。然后信号子空间或者噪声子空间通过协方差矩阵的特征值分解(EVD)或者接收数据的奇异值分解(SVD)估计出来。多SVD技术(Signal processing，2013，93(7)：2003-2009)根据双基地MIMO雷达接收数据的多维结构分别估计DOD和DOA，比传统ESPRIT算法提供更好的角度估计，尤其在低SNR区域和有限快拍情况下，但是其角度估计算法不适用互耦的存在。

发明内容

本发明的目的在于克服上述方法的缺陷，提出一种互耦条件下基于张量实值子空间的双基地MIMO雷达角度估计方法。

本发明的目的是这样实现的：

互耦条件下基于张量实值子空间的双基地MIMO雷达角度估计方法，包括如下步骤：

(1)发射阵列发射相互正交的相位编码信号，接收端进行匹配滤波处理后获得接收数据，并根据接收数据固有的多维结构，构造一个三阶测量张量信号模型；

(2)利用互耦矩阵具有的带状对称Toeplitz结构特点，在三阶测量张量中提取一个子张量以消除未知互耦的影响；

(3)通过前后空间平滑均值和酉变换技术，将子张量转换成为实值的，并利用高阶奇异值分解构造实值信号子空间；

(4)根据实值信号子空间和实值导向矩阵由相同的子空间生成，利用实值信号子空间实现对未知互耦误差条件下双基地MIMO雷达中目标联合DOD和DOA的估计。

所述步骤(1)包括如下步骤：

(1.1)根据未知互耦误差条件下双基地MIMO雷达系统的结构可知，接收阵列的输出为