一种基于正交传播算子的单基地互质MIMO阵列DOA估计算法.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CN112698263A(43)申请公布日2021.04.23(21)申请号202011245206.2(22)申请日2020.11.10(71)申请人重庆邮电大学地址400065重庆市南岸区崇文路2号重庆邮电大学(72)发明人周围冉靖萱(74)专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司44245代理人张晨(51)Int.Cl.G01S3/14(2006.01)G01S13/00(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图4页(54)发明名称一种基于正交传播算子的单基地互质MIMO阵列DOA估计算法(57)摘要本发明涉及雷达测向技术领域，尤其涉及一种基于正交传播算子的单基地互质MIMO阵列DOA估计算法，包括以下步骤：通过一对单排互质阵列作为收发阵列组成单基地MIMO阵列；建立经多普勒补偿和匹配滤波后的接收信号模型，并对接收信号进行协方差处理，得到协方差矩阵；由协方差矩阵求解传播算子，由传播算子构造噪声子空间，对噪声子空间进行正交化处理，再用正交化处理后的噪声子空间代替MUSIC算法中的噪声子空间进行正交传播算子谱峰搜索。本发明的算法将MIMO雷达的发射和接收阵列都按照互质阵列的规则排列，充分利用了互质和MIMO阵列的优势，利用MIMO阵列的虚拟阵列流型矩阵大幅提高了算法的DOF，并且OPM算法避免了MUSIC算法中的特征值分解。CN112698263ACN112698263A权利要求书1/2页1.一种基于正交传播算子的单基地互质MIMO阵列DOA估计算法，其特征在于，包括以下步骤：建立雷达模型，通过一对单排互质阵列作为收发阵列组成单基地MIMO阵列；建立信号模型，建立经多普勒补偿和匹配滤波后的接收信号模型，并对接收信号进行协方差处理，得到协方差矩阵，近似估计理想协方差矩阵；建立DOA估计算法，由协方差矩阵求解传播算子，由传播算子构造噪声子空间，对噪声子空间进行正交化处理，再用正交化处理后的噪声子空间代替MUSIC算法中的噪声子空间进行正交传播算子谱峰搜索。2.根据权利要求1所述的一种基于正交传播算子的单基地互质MIMO阵列DOA估计算法，其特征在于，所述收发阵列完全相同，阵元数目为M+N–1，所述收发阵列中的发射阵列和接收阵列每个阵元位置的数集形式均表示为:其中，M为单排互质阵列中子阵1的阵元数目，N为单排互质阵列中子阵2的阵元数目，Md为子阵1的阵元间隔，Nd为子阵2的阵元间隔，λ为信号波长。3.根据权利要求2所述的一种基于正交传播算子的单基地互质MIMO阵列DOA估计算法，其特征在于，所述子阵1和子阵2的第一个阵元重合，阵元数目M＞N并且M和N互质。4.根据权利要求3所述的一种基于正交传播算子的单基地互质MIMO阵列DOA估计算法，其特征在于，所述接收信号模型的建立如下：假设空间中存在K个不相关的远场目标，其方位角分别为θ1,θ2,...,θK,那么t时刻接收阵列收到信号表示如下：T其中，s(t)＝[s1(t),s2(t),...,sk(t)]为信号的波形矢量,αk、fk分别为第K个目标信号的雷达反射系数和多普勒频移,n(t)为均值为0、方差为σ2的高斯白噪声矢量，λ为发送信号和接收信号的波长，i＝1,2,...,M+N‑1；经多普勒补偿和匹配滤波后的接收信号模型建立如下：x(t)＝Aα(t)+n(t)其中，为所述单基地MIMO阵列的导向矩阵的阵列流形，ar(θ)和at(θ)分别为阵列发射端和接收端的导向矢量，α(t)＝[α1(t),α2(t),...,αk(t)]为包含RCS的信号波形矢量。5.根据权利要求4所述的一种基于正交传播算子的单基地互质MIMO阵列DOA估计算法，其特征在于，所述协方差矩阵如下：HH2Rxx＝E[x(t)x(t)]＝ARssA+σI其中，取快拍采样个数为L的时间平均来近似估计理想协方差矩阵如下：2CN112698263A权利要求书2/2页6.根据权利要求5所述的一种基于正交传播算子的单基地互质MIMO阵列DOA估计算法，其特征在于，所述传播算子的求解方法如下：将所述单基地MIMO阵列的发射阵列或接收阵列的个数设为Ne＝M+N‑1，假设单基地MIMO阵列的导向矩阵的阵列流形列满秩，则A中有K行是线性独立的，其他行由这K行线性表示，将A进行分块如下：其中，设A1满秩，为非奇异矩阵即A1行相互独立，A2可由A1经过线性变换得到，因此有HA2＝PA1其中P为传播算子，定义矩阵Q为则有因此由协方差矩阵求解传播算子，对Rxx进行分块如下：其中H＝GP,P由最小二乘法可得7.根据权利要求6所述的一种基于正交传播算子的单基地互质MIMO阵列DOA估计算法，其特征在于，所述噪声子空间表示如下：8.根据