双基地MIMO雷达中一种基于张量的角度估计方法.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CN114200433A(43)申请公布日2022.03.18(21)申请号202111505402.3(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刘昌银(51)Int.Cl.G01S13/00(2006.01)G01S13/06(2006.01)G01S7/41(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图3页(54)发明名称双基地MIMO雷达中一种基于张量的角度估计方法(57)摘要本发明涉及双基地MIMO雷达中一种基于张量的角度估计方法。主要解决天线阵列存在多时隙幅相误差情况下的目标定位问题。其实现步骤为：1)构建含有多时隙幅相误差的基带接收信号张量模型；2)利用奇异值分解(SVD)算法，在含有多时隙幅相误差的基带接收信号中分离出理想状态下的基带接收信号；3)对理想状态下的基带接收信号进行空间平滑和实值化处理；4)实值化的理想基带接收信号利用HOSVD算法来获得幅相误差条件下目标的DOD和DOA。本发明在发射和接收阵列含有多时隙幅相误差情况能够得到目标的角度估计，并且本发明不涉及迭代，降低了复杂度，对相干目标和非相干目标的情况都能适用。CN114200433ACN114200433A权利要求书1/3页1.双基地MIMO雷达中一种基于张量的角度估计方法，其特征在于该方法包括：构建含有多时隙幅相误差的基带接收信号张量模型；利用奇异值分解(SVD)算法，在含有多时隙幅相误差的基带接收信号中分离出理想状态下的基带接收信号；对理想状态下的基带接收信号进行空间平滑和实值化处理；实值化的理想基带接收信号利用HOSVD算法来获得幅相误差条件下目标的DOD和DOA。2.根据权利1要求所述的双基地MIMO雷达中一种基于张量的角度估计方法，其特征在于：构建含有多时隙幅相误差的基带接收信号张量模型，具体包括：设定双基地MIMO雷达系统存在均匀线性分布的M根发射天线和N根接收天线，在感兴趣的范围内有K个目标，和分别表示含有幅相误差的发射导向矩阵和接收导向矩阵，和分别表示理想状态下的发射和接收阵列导向矩阵，和分别表示P个时隙下发射和接收阵列幅相误差矩阵，表示包含目标反射系数和多普勒频移的信号特征矩阵，是发射信号相互正交的ΗΗ波形矩阵，并且(1/L)SS＝IM，其中(·)表示共轭转置操作，L是每个脉冲周期的样本数，IM是大小为M×M的单位阵，系统在第p∈{1,2,…,P}个时隙，第q∈{1,2,…,Q}个脉冲处接收到的基带信号为：其中，diag(a)表示由矢量a2构成的对角矩阵，Wp,q表示加性高斯白噪声，其服从均值为0，方差为σ的高斯分布，将Yp,q进行矢量化并且沿着时隙这一维度进行堆叠，在不考虑噪声的情况下，可得:其中，是组合幅相误差矩阵，表示Kronecker积，⊙表示Khatri‑Rao积，将Yq进行矢量化并且沿着脉冲维度进行堆叠，可得：TT其中，Y＝[vec(Y1),…,vec(Yq),…,vec(YQ)]，vec(·)表示矢量化操作，X＝(A⊙B)C表示理想状态下的经过匹配滤波后的基带接收信号，可以将其构造为三阶张量3.根据权利1要求所述的双基地MIMO雷达中一种基于张量的角度估计方法，其特征在于：利用奇异值分解(SVD)算法，在含有多时隙幅相误差的基带接收信号中分离出理想状态2CN114200433A权利要求书2/3页下的基带接收信号，具体包括：对的模‑1展开矩阵进行伪逆操作，得到组合幅相误差矩阵和理想基带接收信号矩阵的Khatri‑Rao积形式，即X⊙ΨPTR，定义矩阵F＝X⊙ΨPTR，取其第f∈{1,2,…,MN}列F.f，对F.f进行矩阵化，可得组合幅相误差矩阵ΨPTR和理想基带接收信号矩阵X的估计值可分别通过计算的主要左奇异值和右奇异值矢量得到，即其中，(·)*表示共轭，和分别表示U(f)和V(f)的第1列元素，表示特征值矩阵Σ(f)的第1个元素。4.根据权利1要求所述的双基地MIMO雷达中一种基于张量的角度估计方法，其特征在于，针对目标角度估计，提出了基于空间平滑和实值化处理的HOSVD算法，具体包括：定义整数对(M1,L1)，满足M1+L1＝M+1，同时定义选择矩阵其中l∈{1,2,…,L1}，对理想状态下接收信号张量χ进行空间平滑，可得到空间平滑三阶张量其三个导向矩阵分别为B和和分别表示导向矩阵A的前M1行和前L1行，和分别表示取导向矩阵A的前M1行和前L1行，对空间平滑张量进行基于酉变换的实值化处理，利用前后平滑技术，可以得到：其中，表示张量和沿着第3维度连接，ΓN表示大小为N×N的交换矩阵，其反对角线上元素为1，其余为0，利用酉变换将转化为实值张量其中为酉矩阵