互耦条件下基于张量实值子空间的双基地MIMO雷达角度估计方法技术

本发明专利技术属于双基地MIMO雷达系统技术领域，具体涉及一种互耦条件下基于张量实值子空间的双基地MIMO雷达角度估计方法。本发明专利技术包括：发射阵列发射相互正交的相位编码信号；在三阶测量张量中提取一个子张量以消除未知互耦的影响；将子张量转换成为实值的，并利用高阶奇异值分解构造实值信号子空间；利用实值信号子空间实现对未知互耦误差条件下双基地MIMO雷达中目标联合DOD和DOA的估计。本发明专利技术考虑了接收数据固有的多维结构，利用HOSVD技术比传统SVD/EVD方法更有效地抑制了噪声，角度估计性能得以提高，本发明专利技术比相似MUSIC算法和相似ESPRIT算法都具有更好的角度估计性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于双基地MM0雷达系统
，具体涉及一种互耦条件下基于张量 实值子空间的双基地MIM0雷达角度估计方法。
技术介绍
角度估计问题在阵列处理应用中是最基本的方面，对于传统阵列处理，例如单输 入多输出（SM0)结构，人们已经提出了许多角度估计技术。最近，一种新型阵列处理结构， 多输入多输出（MIM0)雷达，为参数估计提供了新视点，尤其是对联合波离方向（D0D)和波 达方向〇)〇A)的估计。MM0雷达可以分为两类，统计MM0雷达和相干MM0雷达。统计 MM0雷达由彼此分离的天线组成，但是相干MM0雷达由紧密共置的发射和接收天线组成。 文章研宄的是相干MM0雷达。 最近几年里，波离方向0)〇D)和波达方向（D0A)估计问题在具有紧密共置天线 的双基地MM0雷达中吸引越来越多的关注，对于这个问题人们已经提出了很多算法。一 种基于Capon估计量的二维空间搜索技术（EURASIP Journal on Advances in Signal Processing，2008, Article ID 283483,8pp)被提出来估计 DOD 和 DOA，且能够自动正确 地匹配。然而，由于二维空间搜索，涉及到了高计算量。为了避免空间搜索过程，在双基 地MM0雷达的发射阵列和接收阵列应用了旋转不变技术（ESPRIT)对信号参数进行估 计，然后D0D和D0A通过两个独立的ESPRITs获得。因此，这需要附加匹配过程。一种不 需要匹配的 ESPRIT 算法（Electronics Letters，2008,44(24) :1422-1423)，和另外一种 方法（Electronics Letters，2008, 44(12) :77〇-771)比具有更低的计算复杂度且提供了 相似的角度估计性能。此外，利用非圆信号的特点，人们提出了共轭ESPRIT (C-ESPRIT) (Signal processing，2013,93:2070-2075)和酉共轭ESPRIT算法（IEICE Transations on Electronics，2012,96 (1) : 124-126)，比基于ESPRIT的方法提供更好的角度估计性能。另 一方面，考虑到在发射阵列和接收阵列都存在的互耦影响，以上所提的算法中角度估计准 确度均大大降低。为了解决这一问题，人们提出了相似MUSIC算法（Signal processing， 2012,92(2) :527-522)和相似ESPRIT算法（Signal processing，2012,92(12) :3039-3048) 对双基地MM0雷达的角度和互耦进行估计。然而，上述提到的所有方法都需要将接收数据 堆积到一个特殊结构的矩阵中，忽略了接收数据固有的高维结构。然后信号子空间或者噪 声子空间通过协方差矩阵的特征值分解（EVD)或者接收数据的奇异值分解（SVD)估计出 来。多 SVD 技术（Signal processing，2013,93(7) :2003-2009)根据双基地 MM0 雷达接收 数据的多维结构分别估计D0D和D0A，比传统ESPRIT算法提供更好的角度估计，尤其在低 SNR区域和有限快拍情况下，但是其角度估计算法不适用互耦的存在。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述方法的缺陷，提出一种互耦条件下基于张量实值子空 间的双基地MIMO雷达角度估计方法。 本专利技术的目的是这样实现的： 互耦条件下基于张量实值子空间的双基地MM0雷达角度估计方法，包括如下步 骤： (1)发射阵列发射相互正交的相位编码信号，接收端进行匹配滤波处理后获得接 收数据，并根据接收数据固有的多维结构，构造一个三阶测量张量信号模型； (2)利用互耦矩阵具有的带状对称To印litz结构特点，在三阶测量张量中提取一 个子张量以消除未知互耦的影响； (3)通过前后空间平滑均值和酉变换技术，将子张量转换成为实值的，并利用高阶 奇异值分解构造实值信号子空间； ⑷根据实值信号子空间和实值导向矩阵由相同的子空间生成，利用实值信号子 空间实现对未知互耦误差条件下双基地MM0雷达中目标联合D0D和D0A的估计。 所述步骤（1)包括如下步骤： (1. 1)根据未知互耦误差条件下双基地MM0雷达系统的结构可知，接收阵列的输 出为 X (tj = 21 TS+W (tj 1 = 1，2, ? ? ?，L 其中Ct和C ,分别是发射和接收阵列的互耦矩阵，X⑷e 是第1个脉 冲周期的接收数据。4= 和4=卜,⑷a，(外)]分别是接收 和发射导向矩阵，a,(0p)和at(0p)分别是接收和发射导向矢量，diag(Cl)由是RCS衰减系数和目标多普勒频率，W 是白噪声与目标不相关； (1. 2)利用发射波的正交性，匹配滤波器的输出为 Y(tx) = [CrAj ^ [CtAjT+N(t1) 1 = 1，2, ? ? ?，L其中}/(，/) = (1/.，)％(，/以11￡([：\)<'/1=(1/7)吧1!，（1")551!=1^(; (1.3)沿着三维不同方向堆栈矩阵Y(ti) (1 = 1，2，...，L)构建NXMXL测量张量 y利用张量y的矩阵展开技术，有 所述步骤（2)包括如下步骤： (2. 1)利用互耦矩阵(；和C t的结构特点，定义两个选择矩阵为 J1= ; J2-; 将Y(ti) (1 = 1，2, . . .，L)的左边和右边分别乘以选择矩阵上和J i，有对于中的每个元素V = V%是恒量；其中:i,.和:i,分别是Ar和A t的前反和兑行， (2.3)对测量张量义进行线性变换，基于n模张量矩阵积，从测量张量义中提取 一个，测量子张量： 所述步骤（3)包括如下步骤： (3. 1)对子张量应用前后空间平滑均值技术 其中表示沿着第n模jf和龙的连结，1^是反对角元素为1其他为〇的 nXn交换矩阵，获得实值张量如下， 其中1121?+1是酉矩阵，通过去除U 2K+1的中心行和列可获得U 2K，U2K+1定义为 (3. 2)利用<缩减的H0SVD定义A的实值子空间张量： 其中疚=〇1￡'>2五>3忠是简化的核心张量七3 = 1，2,3)包含￡1的前？个 主要奇异向量，耳五2 eCA7xI?和尽eC2i/2i:是酉矩阵，分别由忑,.的i模矩阵展开(;)=尽4耳巧=U，3)的左奇异向量组成，将疚代入公式（11)，有 基于模积的性质，实值信号子空间如下其中Z 。 所述步骤（4)包括如下步骤： (4. 1)实值信号子空间匕和实值导向矩阵由相同的子空间生成，即，其中T是满秩矩阵； (4. 2)二维酉MUSIC算法，构造空间峰值搜索函数以估计D0D和D0A，如下所示 其中￥⑷和瓦(的分别由和a,.(6?)的前反和M个元素构成， 晁=_足XI且Es(l是E 3的正交基，通过搜索公式的空间峰值获得D0D和D0A并且能够 自动匹配； (4. 3)酉ESPRIT算法：实值信号子空间Es可分为四部分，存在以下旋转不变等式 r 2es= r 2Esitt, r 4es= r 3Esitr 其中rjp r 2分别是的实部和虚部且.r 3和r 4是的实部和虚部 且步t= T 〇 tT_i和步r=本文档来自技高网...

【技术保护点】
互耦条件下基于张量实值子空间的双基地MIMO雷达角度估计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)发射阵列发射相互正交的相位编码信号，接收端进行匹配滤波处理后获得接收数据，并根据接收数据固有的多维结构，构造一个三阶测量张量信号模型；(2)利用互耦矩阵具有的带状对称Toeplitz结构特点，在三阶测量张量中提取一个子张量以消除未知互耦的影响；(3)通过前后空间平滑均值和酉变换技术，将子张量转换成为实值的，并利用高阶奇异值分解构造实值信号子空间；(4)根据实值信号子空间和实值导向矩阵由相同的子空间生成，利用实值信号子空间实现对未知互耦误差条件下双基地MIMO雷达中目标联合DOD和DOA的估计。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫东，刘婧，王咸鹏，宫文贺，王长龙，朱鹏翔，王晨曦，武哲民，储敏，孙天，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23