基于最小冗余线阵的MIMO雷达旁瓣干扰抑制方法.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CN113671449A(43)申请公布日2021.11.19(21)申请号202110805982.1(22)申请日2021.07.16(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人朱圣棋武志霞许京伟兰岚李西敏(74)专利代理机构西安睿通知识产权代理事务所(特殊普通合伙)61218代理人惠文轩(51)Int.Cl.G01S7/36(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图15页(54)发明名称基于最小冗余线阵的MIMO雷达旁瓣干扰抑制方法(57)摘要本发明属于雷达信号处理技术领域，公开了一种基于最小冗余线阵的MIMO雷达旁瓣干扰抑制方法。构建MIMO雷达目标的等效发射端导向矢量和接收端导向矢量,据此推导均匀阵列MIMO雷达的信号模型，从而得到MIMO雷达的矢量化接收数据；利用Khatri‑Rao积的性质，得到均匀阵列的虚拟阵元位置；据此对阵元进行二次虚拟扩展，得到对应的最小冗余阵的布阵形式；采用该最小冗余阵的布阵形式进行发射和接收信号，并进行自适应匹配滤波处理，获得最小冗余阵的输出数据。本发明能够在抑制同样数目的旁瓣干扰时，采用少于现有的均匀阵元数的最小冗余阵的阵元数，节省了资源。CN113671449ACN113671449A权利要求书1/3页1.一种基于最小冗余线阵的MIMO雷达旁瓣干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据MIMO雷达阵列的几何结构以及目标的角度和距离，考虑信号在传播过程中的相位变化关系，构建MIMO雷达目标的等效发射端导向矢量和接收端导向矢量，据此推导均匀阵列MIMO雷达的信号模型，从而得到MIMO雷达的矢量化接收数据；步骤2，利用Khatri‑Rao积的性质，得到均匀阵列的虚拟阵元位置；据此对阵元进行二次虚拟扩展，得到对应的最小冗余阵的布阵形式；步骤3，采用该最小冗余阵的布阵形式进行发射和接收信号，并将接收信号进行自适应匹配滤波处理，以抑制旁瓣干扰，获得最小冗余阵的输出数据。2.根据权利要求1所述的基于最小冗余线阵的MIMO雷达旁瓣干扰抑制方法，其特征在于，步骤1中，MIMO雷达的发射阵列和接收阵列均为均匀线阵，且阵元间距d＝λ/2，λ为波长，以第一个阵元为参考阵元。考虑有K个目标，发射阵列与接收阵列的阵元数分别为M和N，根据MIMO雷达的特性，在接收端进行匹配滤波并对接收数据进行矢量化操作，得到匹配滤波后的矢量化信号为：y＝(At⊙Br)α+n其中，为发射方向导向矢量，为接收方向导向矢量，为散射系数矢量，n为经过匹配滤波后的噪声矢量，2满足n～N(0，σIMN)，IMN表示MN维单位矩阵，σ表示高斯白噪声的方差；⊙为Khatri‑Rao积；k∈[1，K]，(·)T为转置运算。3.根据权利要求2所述的基于最小冗余线阵的MIMO雷达旁瓣干扰抑制方法，其特征在于，步骤2中，所述Khatri‑Rao积存在以下性质：对于矩阵和存在置换矩阵使Ξ(D1⊙D2)＝D2⊙D1，其中表示第(i，j)元素为1，其他元素为0的M×N维矩阵。4.根据权利要求3所述的基于最小冗余线阵的MIMO雷达旁瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述均匀阵列的虚拟阵元位置的获取过程为：设空间内存在K个目标，则均匀阵列回波数据的协方差矩阵为：HH2R＝E{yy}＝(At⊙Br)Λ(At⊙Br)+σIMN其中，(·)H为共轭转置运算；对均匀阵列回波数据的协方差矩阵R进行矢量化运算，可得*2r＝vec(R)＝[(At⊙Br)⊙(At⊙Br)]h+σe*其中，vec(·)为矢量运算，(·)为共轭运算；ei为一个维数为MN×1的列向量，其元素除了坐标i，为1之外，其余元素都为0，i＝1，2，...，MN；2222接下来，构造维数为MN×MN的置换矩阵∏1：2CN113671449A权利要求书2/3页其中，为Kronecker积，IM与IN分别表示M维与N维单位矩阵；将置换矩阵Π1右乘r，可得观察上式知，导向矢量和具有孔径二次虚拟扩展的能力；对于发射导向矢量对于实体均匀阵列，且阵元位置为λm/2，的发射阵列，m＝0，1，...，M‑1，将产生虚拟阵元位置为λm/2的虚拟阵列，m＝‑M+1，‑M+2，...，‑1，0，1，...，M‑1，称之为实体阵列的差分共置阵列，即会产生M2个差分共置阵元；其中，只有2M‑1个位置不同的阵元，此时阵列的冗余度最大。5.根据权利要求4所述的基于最小冗余线阵的MIMO雷达旁瓣干扰抑制方法，其特征在于，所述对阵元进行二次虚拟扩展，具体为：设阵元数为3，则其对应的最小冗余阵列的阵元位置与参考阵元的距离为λ/2·[0，1，T3]，那么发射阵列导向矢量at(θ)＝[1，exp(jπsinθ)，exp(j3πs