[发明专利]基于非圆信号的单基地展开互质阵列MIMO雷达DOA估计方法

说明书

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及基于非圆信号的单基地展开互质阵列MIMO雷达DOA估计方法，对接收阵元匹配滤波后的数据进行采样，得到等价虚拟阵列的接收数据，随后进行共轭处理并组合为新的扩展接收数据，进行空间协方差矩阵和特征值分解，根据噪声子空间与导向矢量的正交性构造空间谱的计算表达式，谱峰搜索K个谱峰的位置即为K个来波的波达方向估计。本发明的方法将展开互质阵列作为MIMO雷达的发射阵列和接收阵列，使得收发阵列的阵列空间大大扩展，并同时将非圆信号作为MIMO雷达的发射阵列的发射信号，结合非圆信号的非圆特性、MIMO雷达优异的空间分辨率和参数识别性、展开互质阵列扩展的阵列孔径的三重优点，极大提高了DOA估计性能。

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及基于非圆信号的单基地展开互质阵列MIMO雷达DOA估计方法。

背景技术

近年来，将通信领域的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术思想引入到雷达领域，提出的MIMO雷达系统引起了广泛的关注。MIMO雷达充分利用信号分集、空域分集增益，获得较传统雷达更高的自由度，其目标检测能力和参数估计能力等均获得广泛的认可。由于MIMO雷达潜在的诸多优点，关于MIMO雷达的研究快速发展，其中MIMO雷达的波达方向(Direction Of Arrival，简称DOA)估计问题是其中的重点研究课题。

当前大多数针对MIMO雷达DOA估计的研究都是建立在均匀线阵的基础上，利用旋转不变性(ESPRIT)或多重信号分类的方式获得相较于传统体制雷达更优异的性能(空间分辨率、抗噪声性能等)。但是由于MIMO雷达在发射阵列和接收阵列的阵元间距上一般为半波长，限制了阵列孔径，因此性能受到一定的限制。互质阵列是一种非均匀线阵，相较于均匀线阵，拥有更大的阵列孔径，互质阵空间谱估计算法利用子阵元数目互质特性辨识目标源，因此有更高的侧向精度与分辨率。但是现有方法均是将互质阵列当成两个稀疏的均匀阵列分别进行处理，因此存在以下问题：一是自由度被子阵阵元数目所限制，相较于均匀阵列降低了至少一半；二是需要进一步的运算来消除模糊性问题。展开互质阵列区别于传统互质阵列之处则是将两个子阵按照相反的方向展开排列，阵列孔径进一步扩展，使用所有的阵元接收数据构造空间协方差矩阵，随后使用MUSIC算法得到DOA估计，阵元数目的互质抑制了相位模糊问题。

基于传统相控阵雷达的DOA估计方法往往是利用圆信号构造接收数据矩阵，没有考虑到非圆信号的存在，然而在实际应用中，BPSK、AM、MASK等非圆信号的使用越来越广泛，因此，充分利用非圆信号的特性进行DOA估计是空间谱估计理论的一个重要课题。对于基于MIMO雷达的DOA估计，一般性方法是将传统方法进行移植，如将子空间类的MUSIC方法应用于MIMO雷达的二维MUSIC方法、降维MUSIC方法等，但此类方法往往计算量较大，并且不适用于采用非圆信号测向的方法，当存在相干信源时性能急剧恶化，DOA估计性能低或者难以实现DOA估计。因此，如何利用非圆信号的特性，进行基于单基地MIMO雷达的相干信源DOA估计是亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供基于非圆信号的单基地展开互质阵列MIMO雷达DOA估计方法，将展开互质阵列作为MIMO雷达的发射阵列和接收阵列，使得收发阵列的阵列空间大大扩展，并同时将非圆信号作为MIMO雷达的发射阵列的发射信号，结合非圆信号的非圆特性、MIMO雷达优异的空间分辨率和参数识别性、展开互质阵列扩展的阵列孔径的三重优点，极大提高了DOA估计性能。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

基于非圆信号的单基地展开互质阵列MIMO雷达DOA估计方法，所述单基地展开互质阵列MIMO雷达的DOA估计方法包括以下步骤：

S1.对接收阵元匹配滤波后的数据进行L次采样，得到等价虚拟阵列的接收数据X(t)；