申请/专利权人：西安电子科技大学

申请日：2020-06-11

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN111812607B

主分类号：G01S7/41

分类号：G01S7/41

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2020.11.10#实质审查的生效;2020.10.23#公开

摘要：本发明公开了一种基于波束空间的米波MIMO雷达低仰角估计方法，该方法包括如下步骤：步骤1、建立MIMO雷达信号接收模型；步骤2、根据预设发射波束、预设接收波束将所述MIMO雷达信号接收模型从阵元空间转换到波束空间；步骤3、根据所述预设发射波束、所述预设接收波束构建波束空间复合导向矢量；步骤4、根据所述波束空间复合导向矢量、所述波束空间进行目标仰角估计得到直达波低仰角估计值。本发明提供的基于波束空间的米波MIMO雷达低仰角估计方法，通过构造波束空间，把阵元空间合成若干个波束，再对合成后的波束域的数据进行DOA估计，由于降低了运算的维数，因而运算量会大大下降，节省了大量运算时间，更加便于工程应用，且测角精度基本保持。

主权项：1.一种基于波束空间的米波MIMO雷达低仰角估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、建立MIMO雷达信号接收模型；步骤2、根据预设发射波束、预设接收波束将所述MIMO雷达信号接收模型从阵元空间转换到波束空间；步骤3、根据所述预设发射波束、所述预设接收波束构建波束空间复合导向矢量；步骤4、根据所述波束空间复合导向矢量、所述波束空间进行目标仰角估计得到直达波低仰角估计值；所述步骤1具体包括：步骤1.1、利用直达波信号的波达方向θ1得到雷达接收信号中的直达波信号导向矢量、雷达发射信号中的直达波信号导向矢量，其中，所述雷达接收信号中的直达波信号导向矢量表示为： 所述雷达发射信号中的直达波信号导向矢量表示为： 其中，arθ1表示雷达接收信号中的直达波信号导向矢量，atθ1表示雷达发射信号中的直达波信号导向矢量，θ1表示直达波信号的波达方向，λ表示波长，d表示阵元间距，N表示阵元个数；exp表示以e为底的指数幂，j表示虚数单位，[]T表示向量的非共轭转置；步骤1.2、利用多径信号的波达方向θ2得到雷达接收信号中的多径信号的导向矢量、雷达发射信号中的多径信号的导向矢量，其中，所述雷达接收信号中的多径信号的导向矢量表示为： 所述雷达发射信号中的多径信号的导向矢量表示为： 其中，arθ2表示雷达接收信号中的多径信号的导向矢量，atθ2表示雷达发射信号中的多径信号的导向矢量，θ2表示多径信号的波达方向；步骤1.3、根据所述雷达接收信号中的直达波信号导向矢量arθ1、所述雷达接收信号中的多径信号的导向矢量arθ2构建复合接收导向矢量，所述复合接收导向矢量表示为：brΘ＝arθ1+ρe-jψarθ2；其中，brΘ表示复合接收导向矢量，Θ＝[θ1,θ2]T，ρ表示反射系数，ψ＝2πΔRλ，ψ表示直达波信号和多径信号在阵列参考点的相位差，ΔR表示直达路径与多径路径的路程差；根据所述雷达发射信号中的直达波信号导向矢量atθ1、所述雷达发射信号中的多径信号的导向矢量atθ2构建复合发射导向矢量，所述复合发射导向矢量表示为：btΘ＝atθ11+ρe-jψatθ2；其中，btΘ表示复合发射导向矢量；步骤1.4、结合天线架高信息，构建所述直达波信号的波达方向θ1与所述多径信号的波达方向θ2之间的关系表达式，所述关系表达式表示为： 其中，hr表示天线的架高，Rd表示目标到雷达的直线距离；则所述复合接收导向矢量brΘ更新并表示为： 所述复合发射导向矢量btΘ更新并表示为： 步骤1.5、随机产生一组复高斯白噪声，且与雷达信号不相关，所述复高斯白噪声的噪声方差表示为：Varn＝σ2I；其中，n表示复高斯白噪声，Var表示复高斯白噪声的方差，σ2表示复高斯白噪声的方差值大小，I表示单位矩阵；步骤1.6、根据新的复合接收导向矢量brθ1、新的复合发射导向矢量btθ1和所述复高斯白噪声n建立MIMO雷达信号接收模型，所述MIMO雷达信号接收模型表示为：Y＝βbrθ1btTθ1S+n；其中，Y表示MIMO雷达信号接收模型，β表示系数，S＝[S1,S2,…,SN]T表示N个阵元的波形矩阵，大小为N×L，Si表示第i个阵元发射信号的复包络，是长度为L的列向量；所述步骤2中的所述预设发射波束包括指向θ10、θ20、θ30的发射波束，其中，指向θ10发射波束的权矢量表示为： 指向θ20发射波束的权矢量表示为： 指向θ30发射波束的权矢量表示为： 其中，θ10表示直达波信号方向，θ20表示0°，θ30表示多径信号方向，wtθ10表示指向θ10发射波束的权矢量，wtθ20表示指向θ20发射波束的权矢量，wtθ30表示指向θ30发射波束的权矢量；所述步骤2中的所述预设接收波束包括指向θ10、θ20、θ30的接收波束，其中，指向θ10接收波束的权矢量表示为： 指向θ20接收波束的权矢量表示为： 指向θ30接收波束的权矢量表示为： 其中，wrθ10表示指向θ10接收波束的权矢量，wrθ20表示指向θ20接收波束的权矢量，wrθ30表示指向θ30接收波束的权矢量；所述步骤2中的波束空间表示为： 其中，X表示波束空间，*表示共轭，[]H表示共轭转置；所述步骤3中的波束空间复合导向矢量表示为： 其中，Bθ表示波束空间复合导向矢量，θ表示直达波信号的扫描角度，Rs表示S的相关矩阵：Rs＝SSH；所述步骤4具体包括：步骤4.1、根据所述波束空间复合导向矢量构建投影矩阵，所述投影矩阵表示为：PB＝Bθ[BHθBθ]-1BHθ；其中，PB表示投影矩阵，[]-1表示求逆；步骤4.2、根据所述投影矩阵PB、所述波束空间X构建最大似然函数，所述最大似然函数表示为：Tθ＝XHPBX；其中，Tθ表示最大似然函数；步骤4.3、采用RML算法对所述最大似然函数Tθ进行目标仰角估计得到直达波低仰角的估计值，所述直达波低仰角的估计值表示为： 其中，表示直达波低仰角的估计值。

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百度查询： 西安电子科技大学 基于波束空间的米波MIMO雷达低仰角估计方法

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