[发明专利]改进ESPRIT的双基地MIMO雷达角度估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种雷达信号处理技术，具体的说涉及一种改进ESPRIT的双基地MIMO雷达角度估算方法。

背景技术

随着多输入多输出(Multiple-input Multiple-output，MIMO)技术在移动通信领域的不断成功，其在雷达探测领域的工程应用的逐步被提上日程。MIMO雷达采用多根发射天线发射正交波形，在接收端采用匹配滤波器分离出多根接收天线接收的信号，从而在发射-接收端之间形成多个虚拟通道。利用分集的思想，MIMO雷达可大大改善目标探测性能。其在在分辨率、抗衰落性、可辨识性以及抑制噪声等方面具有潜在的优势，因而引起国内外学术界和工程界的广泛关注。按照MIMO雷达收发阵元的分布不同可以将其分为分布式MIMO雷达和共址MIMO雷达两大类。分布式MIMO雷达采用广泛分布的收发阵元配置形式，这种体制的MIMO雷达能够克服RCS闪烁；共址MIMO雷达其收发阵元间距均较近，其可获得目标高分辨率的角度估计。本发明重点关注双基地MIMO雷达，其属于共址MIMO雷达的重要类型之一。

联合波离角(Direction-of-Departure，DOD)和波达角(Direction-of-Arrival，DOA)估计是双基地MIMO雷达目标定位的重要任务之一，也是目前MIMO雷达研究的热点问题之一。至今已涌现大量优秀的估计算法，典型的代表主要有Capon算法、多重谱峰分类(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法、基于旋转不变技术的参数估计(Estimation Method of Signal Parameters via Rotational，ESPRIT)算法、传播算子(Propagator Method，PM)算法、最大似然法、矩阵束方法、高阶子空间分解(Higher Order Singular Value Decomposition，HOSVD)算法、平行因子(Parallel Factor，PARAFAC)算法、基于稀疏表示的估计算法等。在上述算法中，噪声往往被假设成均匀白噪声，在这种假设下，噪声的协方差矩阵与单位矩阵是一个线性关系，因而可较容易的将噪声与信号分离。但是这种假设往往与实际的雷达探测不符，在雷达工程中，阵列接收的噪声往往具有一定的相关特性，即噪声为色噪声。在色噪声的条件下，信号和噪声无法有效分离，从而引起角度估计性能的下降，特别是在低信噪比条件下，现有算法可能会至完全失效。然而在实际雷达探测中，目标往往处于强干扰和强噪声环境，因而色噪声是MIMO雷达工程化的重点需解决的问题。针对MIMO雷达中的色噪声问题，目前有部分抑制对策。其中，Jin等人提出了基于三个发射阵元的色噪声抑制算法(Jin M,Liao G,Li J.Joint DOD and DOA estimation for bistatic MIMO radar[J].Signal Processing,2009,89(2):244-251.)，该方法利用不同匹配滤波器输出的色噪声不相关的性质抑制空域色噪声。Chen等人改进了上述算法(A New Method for Joint DOD and DOA Estimation in bistatic MIMO Radar)，其将发射阵列划分为两个子阵列，利用子阵列匹配滤波数据的互协方法抑制色噪声，该算法能适用于三个以上的发射阵元配置的MIMO雷达。Jiang等人提出将发射阵元和接收阵元均划分为两个子阵(Jiang H,Zhang J K,Wong K M.Joint DOD and DOA Estimation for Bistatic MIMO Radar in Unknown Correlated Noise[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2015,64(11):5113-5125.)，但该方法需要进行四维角度估计，从而使得算法复杂化程度提高。为利用阵列信号的多维结构，Wang等人提出了一种张量算法(Wang X,Wang W,Li X,et al.A tensor-based subspace approach for bistatic MIMO radar in spatial colored noise[J].Sensors,2014,14(3):3897-3907.)。上述方法可以被归纳为空域互协方差法，尽管上述算法在低信噪比条件下均能有效抑制色噪声，但是这些方法均存在阵列虚拟孔径的损失，从而降低了参数估计的精度。实际上，如果色噪声是平稳的，则噪声的协方差矩阵具有Hermitian对称Toeplitz矩阵结构。现有算法均忽略了噪声协方差矩阵的先验结构信息，在估计精度方面还有进一步提升的空间。