[发明专利]一种双基地MIMO雷达阵列目标角度估计和互耦误差校准方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，涉及双基地多输入多输出(Multi-inputMulti-output，MIMO)雷达信号的角度估计和误差校准，具体地说是一种适用于双基地MIMO雷达系统目标角度估计和互耦误差校准的方法。

背景技术

近几十年来，目标角度估计一直是雷达信号处理领域的一个重要研究内容，利用双基地多输入多输出(Multi-inputMulti-output，MIMO)雷达系统进行发射角(DirectionofDeparture，DOD)和接收角(DirectionofArrival，DOA)估计时，其分辨率明显优于传统的相控阵雷达。针对双基地MIMO雷达信号的DOD和DOA估计问题，人们提出了大量行之有效的方法，取得了一些重要进展。但现有方法对双基地MIMO雷达阵列阵元之间的互耦效应考虑较少。阵元间耦合的现象普遍存在于阵列天线系统中，互耦效应的存在会导致各类算法的性能严重下降。

人们已尝试提出一些新的目标角度估计方法用于双基地MIMO阵列传感器互耦误差的校准。例如在文献：郭艺夺,张永顺,张林让等,双基地MIMO雷达收发阵列互耦条件下目标定位方法,西安电子科技大学学报(自然科学版)38(6)(2011)82-88中，提出了一种未知互耦条件下的双基地MIMO雷达DOD和DOA估计方法，该方法能够消除互耦效应带来的不利影响，提高目标角度的估计性能，但该方法不仅需要进行多次谱峰搜索，还需对角度进行配对，这使得算法的计算复杂度较高。

发明内容

针对现有方法的不足，本发明提出了一种基于旋转不变子空间(EstimationofSignalParametersviaRotationalInvarianceTechniques，ESPRIT)算法的双基地MIMO雷达阵列DOD和DOA估计方法。该方法利用阵列流型矩阵的结构特性和均匀线阵互耦矩阵的带状Toeplitz特性，能实现在未知互耦条件下DOD和DOA的精确估计和配对。采用的技术方案如下：

一种双基地MIMO雷达阵列目标角度估计和互耦误差校准方法，包括如下步骤：

步骤1：双基地MIMO雷达系统在t_l时刻接收的数据向量为x(t_l)；

步骤2：计算接收到的数据向量x(t_l)的协方差矩阵R，并将R的特征值分解，求得信号子空间矩阵E_s；

步骤3：构造矩阵E_r，并提取子矩阵E_r1和E_r2；

步骤4：对矩阵特征值分解，获得其特征值矩阵Φ_r和特征向量矩阵Q；

步骤5：根据矩阵Φ_r的对角线元素，估计出DOA；

步骤6：构造一个常量矩阵F_t和一个变换矩阵B；

步骤7：利用常量矩阵F_t和变换矩阵B以及步骤2中的矩阵E_s来构造矩阵E_t，并提取E_t的子矩阵E_t1和E_t2；

步骤8：利用步骤4中的Q和步骤7中的E_t1和E_t2，构造矩阵Φ_t；

步骤9：根据矩阵Φ_t的对角线元素，估计出DOD。

作为优选方案，步骤1中接收的数据x(t_l)的建模表达式为：x(t_l)＝As(t_l)+n(t_l)；

其中，l＝1,2,...,L，L表示快拍数；s(t_l)表示t_l时刻一个P维的发射信号向量，n(t_l)表示t_l时刻一个MN维的零均值高斯白噪声；A表示MN×P维的阵列流型矩阵，其中M表示发射阵列的阵元个数，N表示接收阵列的阵元个数，P表示目标信号个数。

作为优选方案，步骤3中的矩阵E_r构造的步骤包括：

步骤3.1：构造一个常量矩阵F_r；

步骤3.2：将常量矩阵F_r左乘E_s，即得到矩阵E_r＝F_rE_s。