一种基于平行因子分解的近场极化MIMO雷达参数估计方法.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CN114137495A(43)申请公布日2022.03.04(21)申请号202111381726.0(22)申请日2021.11.22(71)申请人宁波大学地址315211浙江省宁波市江北区风华路818号(72)发明人陈华王威龙王刚屈龙(74)专利代理机构宁波甬致专利代理有限公司33228代理人高瑞霞(51)Int.Cl.G01S7/42(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图3页(54)发明名称一种基于平行因子分解的近场极化MIMO雷达参数估计方法(57)摘要本发明涉及一种基于平行因子分解的近场极化MIMO雷达参数估计方法，通过建立基于交叉偶极子—磁环天线均匀线阵的双基地MIMO雷达的系统模型,发射端由2M+1个交叉偶极子—磁环天线构成的均匀线性发射阵列，接收端由2N+1个交叉偶极子—磁环天线构成的均匀线性接收阵列，发射阵元间距和接收阵元间距分别用dt和dr表示；对K个不相关的近场窄带完全极化目标进行定位，第k个目标的二维发射角和二维接收角分别用θtk和θrk表示，其中k＝1,2...K，该方法能够在交叉偶极子—磁环天线均匀线性阵列的前提下，精确地计算得到二维发射角、二维接收角、二维发射极化角、二维接收极化角以及目标位置坐标这些参数，方法简单灵活。CN114137495ACN114137495A权利要求书1/3页1.一种基于平行因子分解的近场极化MIMO雷达参数估计方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：S1、建立一个基于交叉偶极子—磁环天线均匀线阵的双基地MIMO雷达的系统模型,所述系统模型中，发射端由2M+1个交叉偶极子—磁环天线构成的均匀线性发射阵列，接收端由2N+1个交叉偶极子—磁环天线构成的均匀线性接收阵列，发射阵元间距和接收阵元间距分别用dt和dr表示，并且满足dt≤λ/2,dr≤λ/2,其中λ为电磁波波长；S2、对K个不相关的近场窄带完全极化目标进行定位，第k个目标的二维发射角和二维接收角分别用θtk和θrk表示，其中k＝1,2,...K；lS3、在第l个快拍期间内，获取接收阵元接收到的数据，其表示为：X＝Ar(θrk,ρrk,rrk,(l)T(l)ηrk)diag{b}At(θtk,ρtk,rtk,ηtk)S+Z，其中，Ar(θrk,ρrk,rrk,ηrk)为K个接收阵列的导向矢(l)(l)量，At(θtk,ρtk,rtk,ηtk)为K个发射阵列的导向矢量，S为发射波形矩阵；b为散射系数，Z为噪声矩阵，ρrk为接收阵列到目标的距离，rrk为第k个目标的二维接收极化角，ηrk为第k个目标二维接收相位差，θrk为第k个目标的二维接收角，θtk为第k个目标的二维发射角，ρtk为发射阵列到目标的距离，rtk为第k个目标的二维发射极化角，ηtk为第k个目标二维发射相位差，其中0≤rtk,rrk≤π/2，0≤ηtk,ηrk≤2π；S4、在L次快拍下，获取接收端匹配滤波器的输出信号矩阵，其表示为：Y＝(Qt⊙Vt⊙Qr⊙Vr)B+N，其中，Qt为发射信号导向矢量；Qr为接收信号导向矢量；Vt为发射阵列的空间响(1)(L)(1)(L)应；Vr是接收阵列的空间响应；B＝[b,…,b]；N＝[n,…,n]，其中是滤波后的噪声矢量；S5、将步骤(4)中的接收端匹配滤波器的输出信号矩阵排列成一个五阶PARAFAC张量分解模型，表示为：再将五阶PARAFAC张量分解模型转换为一个三阶PARAFAC张量分解模型，即：S6、根据三阶PARAFAC张量分解模型，采用复平行因子分解算法对At,Ar和B进行估计，得出At,Ar和B的估计值，分别记为和S7、根据表达式来对进行特征分解，得到特征向量Pt＝[ot1,ot2,…,otK]和特征值Rt＝diag{λt1,λt2,…λtK}，其中，Ψt为K×K维矩阵，Δ1为尺度模糊矩阵，Jt1＝[Ι2M,02M]，Jt2＝[02M,I2M]，I2M为2M×2M的单位矩阵，02M为2M×2M的零矩阵，Ι2为2×2维单位矩阵，At为发射阵列的导向矢量；S8、根据得到的特征向量和特征值得出Π的估计值为其中，round{·}是一个四舍五入的函数，Re{Pt}表示取Pt的实部；根据Π的估计值得到Vt的估计值为：其中，表示由的第2m‑1行到第2CN114137495A权利要求书2/3页2m行构成的子阵；根据Vt的估计值得出第k个目标二维发射相位差：第k个目标的二维发射极化角为：其中，表示的第二行第k列的元素，表示的第一行第k列的元素；S9、根据表达式得出wtk的估计值为：根据wtk的估计值得到第k个目标的二维发射角为：S10、根据表达式得出Vr的估计值为：其中，Jr1＝[Ι2N,02N]，Jr2＝[02N,I2N]，I2N为2N×2N