[发明专利]一种多帧积累的非相干MIMO雷达检测和定位方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，特别涉及非相干MIMO雷达定位技术和雷达微弱目标检测技术领域。

背景技术

近年来，MIMO雷达作为一种新型雷达体制受到了越来越多的关注。非相干MIMO雷达由于其天线在空间中分隔较远，可以获得空间分集增益。因此，非相干MIMO雷达的高精度定位问题引起了国内外众多学者的浓厚兴趣。然而，由于各种不确定性因素的存在，非相干MIMO雷达的高精度定位变得更加富有挑战性。现有的基于回波信号的信号级定位方法，通常采用最大似然估计进行目标定位。但是这种方法仅仅利用目标单帧的测量信息，对于低信噪比条件下的微弱目标，会出现定位误差大、漏检等问题。对于空间中的运动目标，根据目标的运动模型，实际上目标相邻帧的位置是高度相关的。

动态规划算法是一种在低信噪比环境下对微弱目标进行检测跟踪的技术。其在单帧不做门限检测，而是将单帧数据量化并存储起来，对多帧回波数据联合处理后，同时宣布检测结果与目标的估计状态。其易于实现且能够处理弱机动性目标，已被广泛应用于雷达目标检测跟踪领域。文献“Noncoherent MIMOradar for location and velocity estimation:More antennas means betterperformance”采用基于最大似然估计的信号级定位方法估计目标的位置和速度信息，但该方法只利用目标当前帧的空间信息，舍弃了目标过去几帧位置估计中所包含的信息；文献“Target localization and tracking in noncoherent multiple-input multiple-output radarsystems”分别利用卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法实现了非相干MIMO雷达对目标的定位和跟踪。但是当目标处于低信噪比环境中时，该方法的回波信号会被噪声所淹没，将出现微弱目标的漏检或者定位精度急剧下降等问题。

发明内容

本发明针对背景技术的不足之处所要解决的技术问题是，提供一种多帧积累的非相干MIMO雷达检测和定位方法，达到在低信噪比的环境下提高目标检测和定位精度的目的。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种多帧积累的非相干MIMO雷达检测和定位方法，包括以下步骤：

步骤1、初始化系统参数包括：目标附近搜索范围对应的数据平面大小、雷达发射机和接收机的数量、各发射机接收机的位置、观测间隔T、动态规划处理总帧数K、门限V_T；

步骤2、接收到K帧回波信号，将数据平面进行网格划分，计算每个网格内各通道的对数似然比函数，将每个网格各通道的对数似然比求和获得联合似然比，将联合似然比作为该网格的值函数；

步骤3、根据状态转移积累动态规划值函数：

如果k＝1帧，对该帧各网格对应的值函数赋初值，该帧各网格的值函数初值为各网格第一帧的联合对数似然比；

如果2≤k≤K帧，更新网格(i,j)对应的值函数；假定第k帧网格(i,j)内存在一个目标，根据状态转移关系确定第k-1帧所有可能转移到θ_k的区域，θ_k为第k帧目标的状态，寻找该区域中值函数最大的网格并记录该网格的坐标，即状态θ_k对应的上一帧状态，然后将k-1帧中找出的值函数最大值与第k帧相同目标所在网格的联合对数似然比值进行叠加，将叠加后的值赋给第k帧相同目标所在网格，以此更新第k帧每个网格的值函数；

步骤4、如果k<K，令k＝k+1，返回步骤2，k为帧数，K为总的量测帧数；

步骤5、k＝K帧，门限处理：

V_T表示门限，对于第K帧，如果目标值函数的最大值高于门限，则认为该网格有目标存在；若目标值函数的最大值均低于门限，则宣布未检测到目标，该门限根据实际情况设定；

步骤6、将步骤5认定的目标利用步骤3记录的该目标第K帧的目标位置信息作为对应目标的估计位置。

本发明针对低信噪比环境下的微弱目标，特点是利用目标的运动模型，单帧不做门限处理，采用联合对数似然比函数作为值函数，将连续几帧的值函数根据目标的状态转移关系进行多帧积累，充分利用目标多帧的信息，对多帧数据联合处理后同时宣布检测结果与目标的估计位置。它有效解决了低信噪比环境下的微弱目标可能出现的定位误差大和漏检的问题，较现有的最大似然估计方法，可以获得更好的检测概率和更高的定位精度。