[发明专利]基于高阶累积量的双基地MIMO雷达的参数估计方法在审

专利信息
申请号: 201410617727.4 申请日: 2014-11-05
公开(公告)号: CN104330783A 公开(公告)日: 2015-02-04
发明(设计)人: 胡居荣;周晶;韩亚红 申请(专利权)人: 河海大学
主分类号: G01S7/41 分类号: G01S7/41
代理公司: 南京纵横知识产权代理有限公司 32224 代理人: 董建林
地址: 211100 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要: 发明公开了一种基于高阶累积量的双基地MIMO雷达的参数估计方法,根据双基地MIMO雷达回波信号的特性,利用高阶累积量对高斯色噪声不敏感的特点,给出高斯色噪声背景下目标的DOD、DOA和多普勒频率的联合估计方法。首先利用双基地MIMO雷达的空域和时域信息,构造相邻匹配滤波器输出信号的互四阶累积量的两个对角切片矩阵;然后对四阶累积量的对角切矩阵进行奇异值分解估计目标个数,并利用其特征值和特征向量进行降维并构造新矩阵;最后利用新矩阵的特征值和特征向量获得目标多普勒频率、DOD和DOA的联合估计;本发明目标参数估计过程对发射阵元数和接收阵元数没有特殊要求,是一种有效的双基地MIMO雷达参数估计方法。
搜索关键词: 基于 累积 基地 mimo 雷达 参数估计 方法
【主权项】:
一种基于高阶累积量的双基地MIMO雷达的参数估计方法,其特征在于,包括以下步骤:S01,将由M个发射阵元、N个接收阵元构成的双基地MIMO雷达的接收信号Y(l)进行匹配滤波后,转换为向量形式信号x(l),转换公式为:x(l)=vec[Y(l)SH]=Aα(l)+n(l)其中n(l)=vec[W(l)SH]<mrow><mi>&alpha;</mi><mrow><mo>(</mo><mi>l</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mrow><mo>[</mo><msub><mi>&beta;</mi><mn>1</mn></msub><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>&pi;</mi><msub><mi>f</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>l</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mi>T</mi><mi>r</mi></msub></mrow></msup><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><msub><mi>&beta;</mi><mi>p</mi></msub><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>&pi;</mi><msub><mi>f</mi><mi>dp</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>l</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mi>T</mi><mi>r</mi></msub></mrow></msup><mo>]</mo></mrow><mi>T</mi></msup><mo>;</mo></mrow>W(l)为加性噪声矩阵,βp和fdp分别为第p个目标的回波信号幅度和多普勒频率,Tr为脉冲重复周期;为发射信号,A=[a1,a2,…,aP]为发射接收联合导向矢量矩阵;sm为假设雷达工作在窄带远场条件下,M个发射阵元同时发射相同载频及带宽的时域正交信号,m=1,2,3……M;vec(·)表示矩阵的向量化操作,(·)H表示共轭转置;p表示探测空间的第p个目标,探测空间共有P个目标p=1,2,…,P;l表示信号的第l个脉冲周期,信号共有L个脉冲周期,l=1,2,…,L;S02,利用接收信号Y(l)的L个脉冲周期的匹配滤波器输出x(l)分别构造3个MN×(L‑2)维数据矩阵:X1=[x(1),x(2),…,x(L‑2)]=Aα1+N1X2=[x(2),x(3),…,x(L‑1)]=Aα2+N2X3=[x(3),x(4),…,x(L)]=Aα3+N3X1、X2、X3分别为所述构造的3个MN×(L‑2)维数据矩阵,其中:N1=[n(1),n(2),…,n(L‑2)]   α1=[α(1),α(2),…,α(L‑2)]N2=[n(2),n(3),…,n(L‑1)]   α2=[α(2),α(3),…,α(L‑1)]N3=[n(3),n(4),…,n(L)]   α3=[α(3),α(4),…,α(L)]S03,分别构造X2与X1、X3与X1的四阶累积量的切片矩阵:<mrow><msub><mi>C</mi><mn>12</mn></msub><mo>=</mo><mi>cum</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><msub><mi>X</mi><mn>2</mn></msub><mo>,</mo><msubsup><mi>X</mi><mn>2</mn><mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mi>X</mi><mn>2</mn><mo>*</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>C</mi><mn>13</mn></msub><mo>=</mo><mi>cum</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>X</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><msub><mi>X</mi><mn>3</mn></msub><mo>,</mo><msubsup><mi>X</mi><mn>3</mn><mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mi>X</mi><mn>3</mn><mo>*</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>其中C12为构造的X2与X1的四阶累积量的切片矩阵;C13为构造的X3与X1的四阶累积量的切片矩阵;表示X2、X3的共轭矩阵;S04,对切片矩阵C12进行奇异值分解得到:C12=UΣVH取P个非零特征值对应的左奇异矩阵UMN×P、右奇异矩阵VMN×P,构建(C12)MN×MN的伪逆矩阵为:<mrow><msubsup><mi>C</mi><mn>12</mn><mo>#</mo></msubsup><mo>=</mo><msup><mi>V&Sigma;</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><msup><mi>U</mi><mi>H</mi></msup></mrow>Σ表示由特征值组成的对角阵,Σ‑1是Σ的逆矩阵;S05,构造降维矩阵G:G=U#CU其中U#=(UHU)‑1UH;S06,对降维矩阵G进行特征分解,令{λ12,…,λP}和分别为矩阵G对应的P个非零特征值和对应的特征向量;目标的多普勒频率为:<mrow><msub><mover><mi>f</mi><mo>^</mo></mover><mi>dp</mi></msub><mo>=</mo><mo>&angle;</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&lambda;</mi><mi>p</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>&pi;</mi><msub><mi>T</mi><mi>r</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow>其中∠(λp)为特征值λp的相位;Tr为脉冲重复周期;S07,导向矢量为:<mrow><mover><mi>A</mi><mo>^</mo></mover><mo>=</mo><msup><mi>UH</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow>的第p列分为M个N×1维的块矩阵目标波离方向的估计为:λ为雷达工作波长;S08,定义矩阵A'=[a'1,a'2,…,a'P],其中将A'的第p列a'p分为N个M×1维的块矩阵a'pn,双基地MIMO雷达的目标的波达方向(DOA)的估计为:<mrow><msub><mover><mi>&theta;</mi><mo>^</mo></mover><mi>P</mi></msub><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><mo>{</mo><mfrac><mi>&lambda;</mi><mrow><mn>2</mn><mi>&pi;</mi><mrow><mo>(</mo><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>2</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mfrac><mrow><mo>&angle;</mo><mo>[</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>&prime;</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow><mi>H</mi></msup><msubsup><mi>a</mi><mi>in</mi><mo>&prime;</mo></msubsup><mo>/</mo><mi>M</mi><mo>]</mo></mrow><mrow><msub><mi>d</mi><mi>rn</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>d</mi><mrow><mi>r</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>}</mo><mo>.</mo></mrow>
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