[发明专利]一种双基地EMVS-MIMO雷达的高精度定位算法及装置

说明书

本发明提出一种双基地EMVS‑MIMO雷达的高精度定位算法及装置，所述算法包括：构建接收阵列匹配滤波后的样本矩阵，并计算接收信号的协方差矩阵估计值；利用Tucker张量模型，构建高阶的接收信号协方差张量模型；对高阶协方差张量模型进行高阶奇异值分解，获取新的信号子空间和噪声子空间；利用旋转不变技术和矢量叉积技术获取目标的方位角和俯仰角的估计以及二维极化角的估计；利用子空间正交原理实现DODs和DOAs的配对。本发明考虑了接收阵列信号的张量结构，基于张量子空间算法，可获得高精度的目标多参数估计。

技术领域

本发明属于雷达定位技术领域，具体涉及一种双基地EMVS-MIMO雷达系统框架下基于张量子空间算法的目标多参数估计算法及装置。

背景技术

多输入多输出(Multiple-input Multiple-output，MIMO)雷达是雷达系统中的新兴技术，同时它也是下一代移动通信的核心技术。与传统的相控阵雷达相比，它在方向估计方面有着独特的优点和优异的性能。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的接收信号。根据收发阵元间距的大小，MIMO雷达可分为分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达。分布式MIMO雷达由于其发射阵元间距很大，从不同方位照射目标，从而能克服目标闪烁效应，提高对目标的检测和估计性能；集中式MIMO雷达可利用阵列的天线技术获得目标高分辨率的参数估计。本发明主要关注集中式MIMO雷达。

联合波离角(Direction of Departure,DOD)与波达角(Direction of Arrival，DOA)估计是双基地MIMO雷达中的经典问题，至今已经涌现出大量优秀的估计算法，典型的代表有传统的多重信号分类(Multiple signal classification，MUSIC)、旋转不变技术(Estimation of signal parameters via rotational invariance techniques，ESPRIT)、传播算子(Propagator method，PM)、最大似然(Maximum likelihood，ML)、高阶奇异值分解(Higher order singular value decomposition，HOSVD)和平行因子(Parallelfactor，PARAFAC)等估计算法，研究者们已经将其应用到了双基地MIMO雷达的目标定位中，取得了高分辨率角度估计效果。然而上述方法大多针对于一维波离角(1D-DOD)和一维波达角(1D-DOA)估计，对于二维角度的研究较少。Chen等人提出一种基于PM角度估计的算法(Chen C,Zhang X.A low-complexity joint 2D-DOD and 2D-DOA estimation algorithmfor MIMO radar with arbitrary arrays[J].International Journal of Electronics,2013,100(10):1455-1469.),并将其扩展用来估计二维波离角(2D-DOD),二维波达角(2D-DOA)。该算法不需要对信号的协方差矩阵进行谱峰搜索和奇异值分解，因此与ESPRIT-LIKE算法相比，估计效果近似，却大大降低了计算复杂度。Xia等人提出一种基于联合对角化方向矩阵的双基地MIMO雷达联合2D-DOA，2D-DOD的估计方法(Xia,Tie-Qi.Jointdiagonalization based DOD and DOA estimation for bistatic MIMO radar[J].Signal Processing,2015,108:159-166.)，该方法利用L形MIMO阵列结构，可以实现扩展的虚拟阵列，从而提高了阵列的自由度，同样也适用于1D-DOD，1D-DOA的估计。上述2D角度估计算法都是基于标量传感器，相对标量传感器，电磁矢量传感器(ElectromagneticVector Sensor，EMVS)具有较强的检测、抗干扰、以及目标分辨能力，特别是，单个EMVS可以提供二维的DOA估计，因此引起国内外学者的关注。已有部分学者将EMVS与MIMO雷达系统相结合，进行二维角度估计。其中，Gu等人提出一种由电磁矢量天线组成的MIMO阵列系统(GuC,He J,Li H,et al.Target localization using MIMO electromagnetic vector arraysystems[J].Signal Processing,2013,93(7):2103-2107.)，该系统配置多个发射EMVS,一个接收EMVS。采用改进的ESPRIT算法，通过EMVS的额外极化分集对不同位置目标进行方位角估计，并实现自动配对。相对于Gu等人提出的多发单收的电磁矢量传感器MIMO系统,S.Chintagunta等人提出一种通用的EMVS-MIMO雷达系统，即该系统配置多个发射EMVS,多个接收EMVS,并提出一种改进的ESPRIT算法(Chintagunta S,Ponnusamy P.2D-DOD and2D-DOA estimation using the electromagnetic vector sensors[J].SignalProcessing,2018,147:163-172.)进行2D-DOA和2D-DOD估计，但忽略了接收阵列信号的张量结构，算法的精度有待提高。