[发明专利]一种冲击噪声下MIMO雷达阵列的诊断方法

说明书

本发明公开了一种冲击噪声下MIMO雷达阵列的诊断方法，包括以下步骤：(1)在MIMO雷达接收阵列端获取存在故障阵元时接收数据矩阵；(2)利用无穷范数归一化加权系数对存在故障阵元的MIMO雷达接收数据矩阵进行预处理；(3)通过匹配滤波得到虚拟阵列在多个脉冲周期内的输出信号；(4)对虚拟阵列输出信号矩阵取模、量化处理，再将数据矩阵分割成多个图像块；(5)计算各个接收与发射阵元对应的互信息值均值，构成接收与发射阵列的互信息值矢量；(6)对接收和发射阵列互信息值矢量门限检测以确定故障阵元位置。本发明所述方法可在冲击噪声环境下准确诊断出MIMO雷达故障阵元位置，从而有效解决MIMO雷达在冲击噪声环境下故障阵元诊断问题。

技术领域

本发明涉及多输入多输出(MIMO)雷达阵列诊断方法，具体涉及一种冲击噪声下MIMO雷达阵列的诊断方法。

背景技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)雷达的诞生得益于MIMO技术在无线通信中发展与延伸。相比于传统相控阵雷达，MIMO雷达根据波形分集思想，由发射端发射正交波形，在接收端对接收信号进行匹配滤波处理，形成大孔径的虚拟阵列，以提高目标探测精度和参数估计能力。天线阵列作为雷达的重要组成部分，能实现自适应波束形成、空间谱估计和信源分离等功能，但受恶劣的天气、元器件腐蚀磨损、性能老化等因素的影响，使得雷达阵列中的收发组件出现故障，导致MIMO雷达接收阵元无法准确接收目标信号，进而导致MIMO雷达探测性能明显下降。由于对MIMO雷达阵列中故障阵元进行维修的前提是需要确定其位置，因此，研究有效的雷达阵列诊断方法来确定故障阵元在阵列中的位置具有重要理论意义和实际应用价值。

针对于故障阵元位置诊断的问题，Jiang等人在论文“Impaired Array Diagnosisand Mitigation With Khatri–Rao Processing”(IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters,2018,17(12):2354-2358)中提出一种对接收数据进行差分处理的均匀线性阵列诊断方法，利用故障阵元接收的数据与无故障阵元接收信号的相关性计算协方差矩阵，并向量化以构成虚拟阵列并经差分处理，利用处理后的数据诊断出故障阵元位置。Zhuo等人在论文“Array diagnosis and angle estimation in bistatic MIMO radarunder array antenna failures”(IEEE Radar,SonarNavigation,2019,13(7):1180-1188)中提出了一种基于图像熵的MIMO雷达故障接收阵元诊断方法，该方法根据故障阵元和正常阵元对应的输出信号所包含信息量的不同，计算出各接收阵元对应的图像熵值，根据故障阵元与无故障阵元所对应图像块熵值的差异特性，以诊断出接收阵列中故障阵元的位置。Zhang等人在论文“Array diagnosis using signal subspace clustering in MIMOradar”(IEEE Electronics Letters,2020,56(2):99-102)中提出一种基于子空间聚类的MIMO雷达故障阵元诊断方法，该方法先将虚拟阵列协方差矩阵经特征值分解以获得信号子空间，根据信号子空间各数据点的密度分布与距离特性采用密度峰值聚类算法，选取聚类中心，并划分出不同簇类，再确定异常簇类，最后，根据异常簇类确定故障阵元的位置。

以上方法对于MIMO雷达的故障阵元诊断问题的研究大多数是以高斯噪声为假设前提。而雷达实际工作环境中，所遇到的噪声通常具有一定的冲击性，例如，环境噪声、大气噪声、雷达杂波、同信道射频干扰、低压电力线内部噪声以及系统电路上的瞬间尖峰等。冲击噪声(impulsive noise)具有尖峰或厚重拖尾，通常用α稳定分布来表示，由于α稳定分布具有脉冲尖峰以及不具备二阶统计特性，导致现有基于二阶统计特性的Jiang方法、Zhang方法以及计算图像熵的Zhuo方法性能下降甚至失效。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种能够准确诊断出MIMO雷达故障阵元的位置的冲击噪声下MIMO雷达阵列的诊断方法。