一种毫米波MIMO雷达快速DOA估计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115079086A(43)申请公布日2022.09.20(21)申请号202210777648.4(22)申请日2022.07.04(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人林长海黄钰林罗嘉伟张寅张永超(74)专利代理机构成都虹盛汇泉专利代理有限公司51268专利代理师王伟(51)Int.Cl.G01S3/14(2006.01)G01S7/02(2006.01)G01S7/41(2006.01)G06F17/15(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图4页(54)发明名称一种毫米波MIMO雷达快速DOA估计方法(57)摘要本发明公开了一种毫米波MIMO雷达快速DOA估计方法，具体步骤如下：步骤一、收发共置毫米波MIMO雷达回波建模；步骤二、目标散射分布估计初始化；步骤三、计算当前迭代目标功率矢量；步骤四、计算自相关矩阵；步骤五、计算迭代估计分子；步骤六、计算迭代估计分母；步骤七、计算估计结果；步骤八、算法迭代收敛判断。针对现有毫米波MIMO雷达DOA估计方法计算复杂度高的问题，本发明一方面利用快速卷积降低矩阵求逆和矩阵乘法运算的复杂度，同时采用坐标选择下降准则进行迭代终止，显著提升了现有DOA估计方法的实时性能，实现了毫米波MIMO雷达快速DOA估计。CN115079086ACN115079086A权利要求书1/3页1.一种毫米波MIMO雷达快速DOA估计方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、收发共置毫米波MIMO雷达回波建模：设发射天线个数为M，接收天线个数为N；假定有多个互不相关的远场目标在K个不同方位，目标散射强度表示为：Tσ(t)＝[σ1(t),...,σk(t),...,σK(t)],k＝1,2,...,K(1)其中t表示距离时间变量，σk(t)表示第k个目标网格的目标散射强度；M个发射天线发射相互正交的波形，通过匹配滤波得到MN个通道的回波表示为：其中表示K个方位角度，n(t)表示加性噪声；aR(θk)表示发射天线导向矢量，aT(θk)表示接收天线导向矢量：TaR(θk)＝[1,exp(‑j2πdRsinθk/λ),...,exp(‑j2π(M‑1)dRsinθk/λ)](3)TaT(θk)＝[1,exp(‑j2πdTsinθk/λ),...,exp(‑j2π(N‑1)dTsinθk/λ)](4)λ表示信号波长，dT和dR分别表示发射线阵阵元和接收线阵阵元的间距，满足dR＝dT/N＝λ/2；对于第n个快拍，回波表示为：y＝Aσ+n(5)其中为MN×K维矩阵，且表示毫米波MIMO雷达的虚拟导向矢量；步骤二、目标散射分布估计初始化；步骤三、计算当前迭代目标功率矢量；步骤四、计算自相关矩阵；步骤五、计算迭代估计分子；步骤六、计算迭代估计分母；步骤七、计算估计结果；步骤八、算法迭代收敛判断。2.根据权利要求1所述的一种毫米波MIMO雷达快速DOA估计方法，其特征在于，所述步骤二具体实现方法为：初始化并设定收敛判断参数ε、最大迭代次数Q，以及反射系数估计初始化值其中，ak表示A的第k列，H表示矩阵或向量的共轭转置。3.根据权利要求1所述的一种毫米波MIMO雷达快速DOA估计方法，其特征在于，所述步骤三具体实现方法为：设当前迭代次数为q，若q未达到最大值Q，则构造如下目标功率矢量：2CN115079086A权利要求书2/3页其中表示第k个方向的目标功率，表示第q次迭代时σ的第k个元素。4.根据权利要求1所述的一种毫米波MIMO雷达快速DOA估计方法，其特征在于，所述步骤四具体实现方法为：对目标功率矢量做K点快速傅里叶变换，然后截取第1至第MN个元素得到列矢量r1；定义自相关矩阵R为：R＝[r1,r2,…,rMN](8)其中rn表示自相关矩阵的第n列矢量；由于自相关矩阵R满足Toeplitz性质，因此将r1循环移位得到r2,r3,…,rMN。5.根据权利要求1所述的一种毫米波MIMO雷达快速DOA估计方法，其特征在于，所述步骤五具体实现方法为：定义矢量ζ和ζ′分别为：其中a2,...,aMN和e分别表示自相关矩阵R利用Levinson‑Durbin算法获得的Yule‑Walker方程的自回归系数和预测误差，*表示共轭操作；迭代估计分子通过以下五步计算快速获得：①计算和y的快速卷积，并截取第MN至(2MN‑1)个元素构成ζ1；②计算ζ和ζ1的快速卷积，并截取第1至K个元素构成u1；③计算和y的快速卷积，并截取第MN至(2MN‑1)个元素构成ζ′1；④计算ζ′和ζ′1的快速卷积，并截取第1至K个元素构成u2；⑤计算x＝u1‑u2，然后得到第k个方位的迭代估计分子6.根据权利要求5所述的一种毫米波MIMO