[发明专利]基于块Hankel矩阵填充的阵元故障MIMO雷达角度估计方法

摘要

本发明公开了一种基于块Hankel矩阵填充的阵元故障MIMO雷达角度估计方法。该方法首先利用虚拟阵列协方差矩阵的列向量构造具有二重Hankel结构的矩阵，并以各个列向量所构成的矩阵为子矩阵，形成具有四重Hankel结构的块Hankel矩阵，使得构造后的块Hankel矩阵的每行每列均有采样元素，并且满足低秩性，利用矩阵填充填补块Hankel矩阵中的缺失数据；然后，对恢复后的块Hankel矩阵中的相应冗余元素取均值；最后对已不存在数据缺失的块Hankel矩阵进行反变换，得到完整的虚拟阵列协方差矩阵，并采用基于阵列协方差矩阵的算法(如ESPRIT算法)估计目标的DOD和DOA。本发明能有效恢复阵元故障的MIMO雷达虚拟阵列协方差矩阵中的大量缺失数据，提高了发射或接收阵元故障时的角度估计性能。

主权项

1.基于块Hankel矩阵填充的阵元故障MIMO雷达角度估计方法，其特征在于：具体包含如下步骤：步骤1，对收发阵列存在故障阵元的双基地MIMO雷达的接收信号进行匹配滤波，获得MN个虚拟阵元在Q个脉冲周期的输出信号其中，M为发射阵元数；N为接收阵元数；(·)^T表示转置运算；和分别为发射和接收故障阵列流形矩阵；S是目标系数矩阵；Z为噪声矩阵；⊙表示Khatri‑Rao积。双基地MIMO雷达的发射和接收阵列均可能存在故障阵元，当发射阵列中第p_t(p_t∈Ω_T)个阵元出现故障时，其流形矩阵中的第p_t行为零；当接收阵列中第p_r(p_r∈Ω_R)个阵元出现故障时，流形矩阵中的第p_r行为零，其中Ω_T和Ω_R分别为故障发射和接收阵元的位置集合；则虚拟阵列协方差矩阵在Q个脉冲周期下的最大似然估计为步骤2，以表示虚拟阵列协方差矩阵中的第(q‑1)×M+p(p＝1,2,...M,q＝1,2,...N)个列向量；在列向量中从上而下每M个元素组成一个子列向量，其中,第n个子列向量表示为以子列向量中的元素组成列向量其中表示中第i个元素，k_t＝1,2,...M‑γ+1，表示向下取整运算，将列向量按行顺序排列，构造Hankel矩阵步骤3，以Hankel矩阵作为子块，构造矩阵其中k_r＝1,2,...,N‑η+1，将矩阵按行顺序排列，构造矩阵步骤4，利用矩阵构造矩阵其中k_r＝1,2,...,N‑η+1，并将矩阵按行顺序排列，构造矩阵步骤5,以矩阵作为子块，构造矩阵其中k_t＝1,2,...M‑γ+1；再将矩阵按行顺序排列，形成块Hankel矩阵步骤6,建立核范数最小化问题：minimize||R^H3||_*，利用不定增广拉格朗日算法求解该核范数最小化问题，则可利用块Hankel矩阵中的非零元素得到完整矩阵R^H3的估计值其中，||·||_*表示对矩阵取核范数，Ω_H为块Hankel矩阵中的非零元素的位置集合，表示在Ω_H上的投影算子；步骤7，由于MIMO雷达虚拟阵列协方差矩阵中每个元素与矩阵中的多个元素相对应，则在中对应协方差矩阵同一元素的所有冗余元素取均值以降低估计误差影响，并对取均值后的块Hankel矩阵进行步骤2至步骤5的反变换操作得到矩阵原虚拟阵列协方差矩阵中缺失数据以中对应位置的数据进行替换，从而获得完整的虚拟阵列协方差矩阵步骤8，根据完整的虚拟阵列协方差矩阵采用基于协方差矩阵的角度估计算法如ESPRIT算法估计出目标角度。