基于接收线阵的MIMO雷达空间机动目标跟踪方法.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CN105372652A(43)申请公布日2016.03.02(21)申请号201510886279.2(22)申请日2015.12.04(71)申请人中国人民解放军63921部队地址100094北京市海淀区北清路26号(72)发明人徐安林赵华王洋金胜梁小虎周友德郭永强龙方(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人付雷杰仇蕾安(51)Int.Cl.G01S13/66(2006.01)权利要求书4页说明书17页附图5页(54)发明名称基于接收线阵的MIMO雷达空间机动目标跟踪方法(57)摘要本发明公开了一种基于接收线阵的MIMO雷达空间机动目标跟踪方法，该方法去掉对目标缓慢运动或静止的约束，同时估计三个角度与目标多普勒频率；充分利用三个角度与多普勒频率信息以提高目标跟踪精度；该方法是将双基地MIMO雷达配置为发射阵为均匀圆阵、接收阵为均匀线阵，采用角度多普勒联合估计方法估计出雷达目标相对于发射阵的方位角和俯仰角、相对于接收阵的接收角以及雷达目标的归一化多普勒频率，然后建立方位角、俯仰角、接收角以及雷达目标的归一化多普勒频率测元与目标运动参数之间的测量方程，采用“当前”统计模型建立目标的状态方程，利用无迹卡尔曼滤波算法估计目标的运动参数并进行预测，实现目标的跟踪。CN105372652ACN105372652A权利要求书1/4页1.基于接收线阵的MIMO雷达空间机动目标跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，分别将双基地MIMO雷达的发射机配置为M个阵元的均匀圆阵、接收机配置为N个阵元的均匀线阵，并使发射机中M个阵元发射相互正交的波形信号；其中，M表示发射机阵元个数，N表示接收机阵元个数，且M、N均为自然数；步骤2，利用所述发射机中M个阵元发射相互正交的波形信号，接收机中的N个阵元分别接收所述发射机中M个阵元的相互正交的波形信号，并进行匹配滤波，获得匹配滤波后的NM×1维雷达回波信号s和L次快拍积累得到的NM×L维雷达回波信号矩阵S，进而得到矩阵S中第n个接收阵元的M×L维切片矩阵形式Sn；其中，L表示快拍次数，n为自然数，n＝1，2，...，N；步骤3，根据N个接收阵元的M×L维切片矩阵S1～SN，利用平行因子算法分别获得发射方向向量的估计接收方向向量的估计和归一化多普勒频率方向向量的估计步骤4，根据所述发射方向向量的估计获得目标相对于发射阵的方位角估计值和俯仰角估计值根据所述接收方向向量的估计获得目标相对于接收阵的接收角估计值步骤5，根据所述归一化多普勒频率方向向量的估计利用最小二乘算法获得目标的归一化多普勒频率估计值步骤6，利用地心直角坐标系建立目标的运动状态空间，基于目标的运动状态空间，采用CS模型建立目标状态方程其中，为目标运动状态变量，包括目标三维位置[x，y，z]、速度加速度k表示目标状态采样序号，k＝1，2，3，...，X(k-1)和X(k)分别表示第k-1个和第k个采样时刻的目标状态，Φ表示状态转移矩阵，U表示控制矩阵，表示第k个采样时刻的目标机动加速度均值，W(k)表示第k个采样时刻的目标状态噪声向量；步骤7，基于目标状态空间，在发射均匀圆阵与接收均匀线阵的垂线测量坐标系下，根据测元与目标运动状态变量X之间的函数关系，建立测量方程Y(k)＝h(X(k))+v(k)，其中，v(k)表示各测元的测量噪声向量；Y(k)表示第k个采样时刻的目标测元，h(X(k))表示第k个采样时刻的目标测元与第k个采样时刻的目标运动状态之间的映射关系；步骤8，基于测量方程，根据初始两个采样时刻获取的目标测元Y(1)，Y(2)，计算X(1)＝[x(1)，y(1)，z(1)]T和X(2)＝[x(2)，y(2)，z(2)]T，进而计算目标运动状态变量的初值和对应的协方差矩阵P(0)，得到目标运动状态的滤波初值；步骤9，获得滤波初值后，采用UKF算法，利用所述第k个采样时刻的测元Y(k)、目标在第k-1个采样时刻的状态估计与协方差矩阵P(k-1)获得目标在第k个采样时刻的状态估计与协方差矩阵P(k)，依次获得目标在各采样时刻的运动状态，完成对空间机2CN105372652A权利要求书2/4页动目标的跟踪。2.如权利要求1所述基于接收线阵的MIMO雷达空间机动目标跟踪方法，其特征在于，在L次快拍积累中第n个接收阵元的M×L维切片矩阵Sn，其表达式为：TSn＝AR(n)ATB+Wn，n＝1，2，...，N其中，AR(n)表示接收方向向量AR的第n个元素，Wn表示第n个接收阵元L次快拍积累中的噪声矩阵；AT表示发射方向向量，B表示归一化多普勒频率方向向量，其中，ρ为目标雷达波反射系数，fd为目标的归一化多普勒频率。3.如权利要求1所述基于接收线阵的MIMO雷