[发明专利]一种分布式MIMO雷达系统中的高精度定位方法及装置

说明书

本发明提出一种分布式MIMO雷达系统中的高精度定位方法，包括：将目标定位问题转化为极大似然估计表达式；将极大似然估计表达式转换为凸函数的形式；采用半正定松弛的方法得到目标位置的估计值；利用泰勒级数展开的方式对目标到发射天线、接收天线的距离表达式进行泰勒级数展开，构建加权最小二乘表达式对目标位置的估计值进行校正。本发明直接构建关于定位问题的极大似然表达式进行目标位置估计；引入半正定规划的方法实现对目标位置的精确估计；利用泰勒级数展开的方法构建关于误差项的加权最小二乘估计表达式，进一步提升目标位置的估计精度；综上，本发明在噪声功率较高的情况下可以精确估计目标的位置。

技术领域

本发明属于无线移动通信技术领域，特别是涉及一种在分布式MIMO雷达系统中基于信号的到达时间差实现高精度定位的方法。

背景技术

分布式MIMO雷达的全称为分布式多输入多输出雷达，该雷达系统具有多个发射单元和多个输出单元，利用多根天线发射波形并综合处理多个天线的接收信号，相较与传统的相控阵雷达，MIMO雷达更多地利用目标的空间角度分集等特性来提高雷达的性能。由于分布式MIMO雷达能充分利用目标的雷达截面，支持高精度的目标定位，因此其在目标探测、目标跟踪、遇难搜救等领域具有广阔的应用前景，是近几年信号处理领域的热点研究问题之一。

分布式MIMO雷达的工作原理为由发射天线发射信号，将目标作为反射信号的媒介，将信号反射至接收天线接收。接收天线接收到来自目标反射的信号后，可以由目标发出的信号中提取定位参数，再由这些定位参数完成目标定位。在实际应用中，无源定位需要的定位参数主要有到达角度(Angle Of Arrival，AOA)、到达时间(Time Of Arrival,AOA)、到达时间差(Time Difference Of Arrival,TDOA)、到达频率差(Frequency Difference OfArrival,FDOA)等。其中，基于到达时间差(TDOA)的具有测量精度高、抗干扰能力强、设备简单、无需与目标时间同步等优势，在实际应用中得到了普遍的关注。因此，研究基于到达时间差的定位技术有着十分重要的现实意义。

目前分布式MIMO雷达系统中常用的定位算法主要有加权最小二乘法、两步加权最小二乘法、限制加权最小二乘法等。其中，加权最小二乘法和两步加权最小二乘法计算简单且具有闭式解，但加权最小二乘法的定位精度较低，即使是在背景噪声功率很低的情况下，仍存在一定的定位误差；两步加权最小二乘法通过构建第二个最小二乘表达式对加权最小二乘法进行修正，使其在噪声功率较低时得到良好的定位结果，但当背景噪声的强度较高时，其定位精度非常不理想；限制最小二乘法对两步加权最小二乘法在高噪声强度下的性能进行了改善，但这种方式需要进行迭代求解且收敛性无法保证，另外，该算法需要一个良好的初始解以确保算法的正常进行，因此对实际定位系统有较高的要求。

在目前针对分布式MIMO雷达系统的定位问题的研究中，定位精度对噪声强度的要求十分严格，算法仅能在噪声强度较低的情况下保证良好的定位精度，一旦噪声过高，则会出现存在严重的“门限效应”：当噪声强度达到某个电平时，算法的定位误差会急剧增加，故目前已有的定位算法在实际工作中的应用范围十分狭窄。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分布式MIMO雷达系统中的高精度定位方法及装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种分布式MIMO雷达系统中的高精度定位方法，该方法包括：

将目标定位问题转化为极大似然估计表达式；

将极大似然估计表达式转换为凸函数的形式；

采用半正定松弛的方法得到目标位置的估计值；

利用泰勒级数展开的方式对目标到发射天线、接收天线的距离表达式进行泰勒级数展开，构建加权最小二乘表达式对目标位置的估计值进行校正，最后得到精确的目标位置估计值。

可选地，将目标定位问题转化为极大似然估计表达式，包括：