[发明专利]一种面向多目标跟踪的共址MIMO雷达阵列优化分配方法

说明书

本发明公开了一种面向多目标跟踪的共址MIMO雷达阵列优化分配方法，基于构建的共址MIMO雷达系统模型构建了阵列分配优化模型，并利用凸松弛与本地搜索算法进行天线选择，最终得到下一时刻的优化分配方案，基于该优化分配方案来指导下一时刻的目标跟踪；从仿真结果可知，本算法无论从跟踪性能指标、还是计算时间，都是在一定程度上要优于启发式算法的；而穷举搜索方法精度比所提算法略微高一些，但是耗时更长，效率更低，不能满足实际作战需求。

技术领域

本发明涉及阵列优化技术领域，特别涉及一种面向多目标跟踪的 共址MIMO雷达阵列优化分配方法。

背景技术

类似于分布式MIMO雷达中的阵元分配，对于共址MIMO雷达 而言，通过实时选取发射、接收天线，不仅可以降低阵元损耗，满足 军事上的低截获需求，而且可以提升系统性能。目前已经有对共址 MIMO雷达阵列配置的研究，但相关研究非常少，仅限于文献[1]“(A.A.Gorji,T.Kirubarajan,R.Tharmarasa,Optimal antenna allocation in MIMO radarswith collocated antennas[J].IEEE Trans.Aerosp.Electron. Syst.,2014,50(1):542–557.)”，并且其仍存在以下问题：

第一，文献[1]针对的场景是静止目标定位。而实际运用中，目 标的先验信息往往是未知的，因此，目标跟踪场景更符合现实需求。 在目标定位中，文献[1]得出了关于时延和DOA估计的CRLB。但在 目标跟踪中，速度同样是需要关注的因素；

第二，文献[1]研究的是天线放置问题。而当共址MIMO雷达的 设计完成后，天线位置往往固定不动，因而，天线的动态选择模型与 实际更加相符；

第三，现有文献已有关于DOA估计的CRLB。但在推导过程中， 均认为接收信号为单脉冲情形，未对多脉冲条件下的CRLB进行探讨。 在多脉冲条件下，雷达可以通过相干处理来提升信号的SNR，以获 得更优的检测和跟踪性能。此外，在DOA估计中，也往往需要多脉冲积累来获得较高的估计精度。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种面向多目标跟踪的共址 MIMO雷达阵列优化分配方法，为了实现上述目的，本发明所采用的 技术方案如下：

一种面向多目标跟踪的共址MIMO雷达阵列优化分配方法，其 特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立共址MIMO雷达系统模型，用于对多个运动目标进 行测量，得到量测数据；

步骤2：利用平方根容积卡尔曼滤波器对得到的量测数据进行处 理，得到当前时刻目标状态估计值；

步骤3：基于步骤2得到的目标状态估计值，推导关于多普勒 -DOA的PCRLB并构建阵列优化分配模型并构建阵列优化分配模型；

步骤4：基于凸松弛和本地搜索相结合的算法来求解所述阵列优 化分配模型；

步骤5：根据步骤4的求解结果得到下一时刻的优化分配方案， 基于该优化分配方案来指导下一时刻的目标跟踪。

进一步地，步骤1所述的建立共址MIMO雷达系统模型包括信 号模型、目标运动模型和量测模型。

进一步地，步骤3的具体操作步骤包括：

步骤31：引入二元矢量来表示k时刻发射、接收天线的选择与 否，所述二元矢量为：

式中，表示k时刻选择第m个发射天线与否，表示k时刻 选择第n个接收天线与否，且

步骤32：对于多个目标的跟踪精度，取多个目标的PCRLB之和 为代价函数，所述代价函数为：