双基地MIMO雷达中一种高精度的多参数联合估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114200434A(43)申请公布日2022.03.18(21)申请号202111505786.9(22)申请日2021.12.10(71)申请人中国传媒大学地址100024北京市朝阳区定福庄东街一号(72)发明人陈远知于伟家杜建和张鹏(51)Int.Cl.G01S13/00(2006.01)G01S13/06(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图5页(54)发明名称双基地MIMO雷达中一种高精度的多参数联合估计方法(57)摘要本发明涉及多输入多输出(MIMO)雷达系统中一种高精度的多参数联合估计方法。主要解决发射和接收天线阵列没有完全校准即存在多时隙增益相位误差情况下的目标定位问题。其实现步骤为：1)构建多维矩阵形式的角度和多时隙增益相位误差的基带接收信号模型；2)利用最小二乘Khatri‑Rao因式分解算法，得到含有角度信息的混合矩阵和组合增益相位误差矩阵；3)针对目标角度估计，提出了结合空间平滑和实值化处理的迭代算法；4)估计第一个时隙的发射和接收增益相位误差，以消除多时隙组合增益相位误差的尺度模糊；5)利用最小二乘Khatri‑Rao因式分解算法联合估计多时隙发射和接收增益相位误差。本发明考虑了发射和接收天线阵列含有多时隙增益相位误差的情况，能够进行多参数的联合估计，所提出的角度算法提高了定位精度，对相干CN114200434A目标和非相干目标的情况都能适用。CN114200434A权利要求书1/3页1.双基地MIMO雷达中一种高精度的多参数联合估计方法，其特征在于该方法包括：构建多维矩阵形式的角度和多时隙增益相位误差的基带接收信号模型；利用最小二乘Khatri‑Rao因式分解算法，得到含有角度信息的混合矩阵和组合增益相位误差矩阵；针对目标角度估计，提出了结合空间平滑和实值化处理的迭代算法；估计第一个时隙的发射和接收增益相位误差，以消除多时隙组合增益相位误差的尺度模糊；利用最小二乘Khatri‑Rao因式分解算法联合估计多时隙发射和接收增益相位误差。2.根据权利1要求所述的双基地MIMO雷达中一种高精度的多参数联合估计方法，其特征在于：构建多维矩阵形式的角度和多时隙增益相位误差的基带接收信号模型，具体包括：设定和分别表示发射和接收导向矩阵，和分别表示多时隙发射和接收增益相位误差矩阵，表示信号特征矩阵，是正交波形矩阵，构建基带接收信号的三维矩阵模型为：其中是单位张量，是组合增益相位误差矩阵，是包含角度信息的混合矩阵，其可构成三维矩阵⊙和分别表示Khatri‑Rao积和Kronecker积，(·)Τ表示转置。3.根据权利1要求所述的双基地MIMO雷达中一种高精度的多参数联合估计方法，其特征在于：利用最小二乘Khatri‑Rao因式分解算法，得到含有角度信息的混合矩阵和组合增益相位误差矩阵，具体包括：对利用伪逆与转置操作，得到H⊙ΓPTR，将H⊙ΓPTR的第r∈{1,2,…,MN}列进行矩阵化，得到根据Khatri‑Rao因式分解的性质，可知Gr是秩1矩阵，即其中表示外积，根据秩1矩阵的性质，含有角度信息的混合矩阵H和组合增益相位误差(r)(r)矩阵ΓPTR可以通过Gr的SVD中的左奇异值矩阵U和右奇异值矩阵V获得，即其中，和分别表示U(r)和V(r)的第1列元素，表示特征值矩阵Σ(r)的第1个元素，(·)*表示共轭。4.根据权利1要求所述的双基地MIMO雷达中一种高精度的多参数联合估计方法，其特征在于，针对目标角度估计，提出了结合空间平滑和实值化处理的迭代算法，具体包括：对包含角度信息的三维矩阵应用空间平滑操作，得到空间平滑三维矩阵2CN114200434A权利要求书2/3页其中，L1是子阵列数，Msub是每个子阵列包含的阵元数，满足Msub＝M‑L1+1，和分别表示取发射导向矩阵的前Msub行和前L1行，定义一个新的三维矩阵其中，ΠN为交换矩阵，其反对角线上元素为1，其余为0，利用前后平滑操作，得到中心厄米特三维矩阵利用酉矩阵，推导出实值三维矩阵借助TALS算法对进行分解，可以得到估计导向矩阵和利用导向矩阵的旋转不变性来还原目标角度的相关信息，得到φt,k和φr,k：其中KA,1、KA,2、KA,3和KA,4为旋转矩阵，表示取的第k∈{1,2,…,K}列元素，表示取的第k列元素，表示伪逆，最后，通过下式得到第k个目标的DOD和DOA：5.根据权利1要求所述的双基地MIMO雷达中一种高精度的多参数联合估计方法，其特征在于，估计第一个时隙的发射和接收增益相位误差，以消除多时隙组合增益相位误差的尺度模糊，具体包括：构建第一个时隙含有增益相位误差的基带接收信号的三维矩阵其中，D1(ΓPT)和D1(ΓPR)分别表示第一个时隙下发射和接收阵列的增