[发明专利]频率分集MIMO雷达距离‑角度解耦合波束形成方法

摘要

本发明公开了一种频率分集MIMO雷达距离‑角度解耦合波束形成方法，主要解决现有频率分集阵列不能形成距离‑角度解耦合自适应响应的问题。其实现步骤是1.设计频率分集阵列发射信号频率；2.获得频率分集阵列发射信号和接收端回波信号；3.对接收端回波信号进行矢量输出，得到回波信号的快拍矢量；4.对快拍矢量进行自适应波束形成，得到距离‑角度的二维波束形成方向图。本发明充分利用频率分集阵列发射自由度，形成了基于频率分集MIMO雷达系统在距离和角度维的可控自由度，并通过自适应波束形成技术实现了距离‑角度的二维波束形成，可用于目标的距离‑角度联合检测，并抑制与距离相关的干扰信号。

主权项

频率分集MIMO雷达距离‑角度解耦合波束形成方法，包括：(1)在共址等距线阵的各发射阵元间引入频率间隔Δf，得到频率分集阵列第m个发射阵元的发射信号频率：fm＝f0+(m‑1)Δf,m＝1,2,…,M其中，M为发射阵元数目，f0为第一个天线，即参考天线的载频；(2)根据发射信号总能量E和频率分集阵列的发射信号频率fm，得到第m个发射阵元的发射信号：sm(t)=EMφm(t)exp{j2πfmt}]]>其中，E为发射信号总能量，φm(t)为第m个阵元发射波形，j表示虚数，t为传播时间；(3)获得频率分集阵列接收端回波信号：(3a)获得接收端第n个阵元的接收信号：yn(t)=Σm=1Mym,n(t)]]>其中，ym,n(t)为第n个阵元接收由第m个阵元所发射的信号,n＝1,2,…,N，N为接收阵元天线数目；(3b)构建发射导向矢量aL(θ,R)和接收导向矢量aR(θ)：aR(θ)=[1,ej2πf0dRsinθc,...,ej2πf0dR(N-1)sinθc]T,]]>其中θ代表角度，R代表距离，dL、dR分别为发射、接收阵元间距，符号⊙为哈达玛Hadamard积，符号[·]T表示转置运算；(3c)将接收端各个阵元接收的信号表示为如下矩阵形式：Y=[y1,y2,...,yn,...,yN]T=ξaR(θ)aLT(θ,R)Φ]]>其中，Φ为各个阵元发射波形的矩阵，ξ为反射系数；(3d)根据(3c)获得接收端的合成回波信号表达式：X=S+J+N=ξsaR(θ0)aLT(θ0,R0)Φ+Σi=1DξiaR(θi)aLT(θi,Ri)Φ+N]]>其中S为接收的目标信号矩阵，θ0和R0分别为目标所在角度和距离，J为接收的干扰信号矩阵，θi和Ri分别为第i个干扰源所在角度和距离，D为干扰源数目，N为高斯白噪声，ξs和ξi分别为目标信号和干扰的反射系数；(3e)将合成回波信号X经过M路波形匹配后，再进行矢量输出，得到接收信号的快拍矢量y；(4)根据(3e)中的接收信号矢量y进行波束形成：(4a)根据(3e)中的接收信号矢量y计算干扰加噪声协方差矩阵：Q=Σi=1Dσi2a(θi,Ri)aH(θi,Ri)+σn2I]]>其中是第i个干扰的功率，为噪声协方差矩阵，符号是克罗内克Kronecker积；(4b)根据干扰加噪声协方差矩阵Q，得到最小方差无失真响应的解：w=Q-1a(θ0,R0)aH(θ0,R0)Q-1a(θ0,R0)]]>其中a(θ0,R0)=aR(θ0)⊗aL(θ0,R0);]]>(4c)根据最小方差无失真响应的解w，得到与距离、角度有关的接收波束方向图：f(θ,R)＝wTa(θ,R)其中a(θ,R)=aR(θ)⊗aL(θ,R).]]>