一种反映直达波影响的MIMO雷达克拉美罗界计算方法技术

该发明专利技术公开了一种反映直达波影响的MIMO雷达克拉美罗界计算方法，属于雷达技术领域，它特别涉及关于雷达信号处理中的参数估计性能界克拉美罗界(CRB)的计算。利用如上步骤计算得的克拉美罗界可用来评估外辐射源MIMO雷达联合目标速度和位置参数估计的性能，并考虑了外辐射源雷达中直达波对于估计的影响，进而更为贴近现实的反映出了外辐射源雷达参数估计的工作过程，在这个过程中，考虑直达波对于参数估计的可利用性。

【技术实现步骤摘要】
一种反映直达波影响的MIMO雷达克拉美罗界计算方法
本专利技术属于雷达
，它特别涉及关于雷达信号处理中的参数估计性能界克拉美罗界(CRB)的计算。
技术介绍
外辐射源雷达是指利用环境中已经存在的通信信号来探测和估计目标参数。由于本身不需要提供发射站，外辐射源雷达有低成本，稳定，不易发现，对现有的频谱不会产生干扰的优点。近些年来，外辐射源雷达已经受到了极大的关注。MIMO(MultipleInputMultipleOut)是一种多天线收发技术，是雷达领域一种重要的技术。将MIMO技术应用到外辐射源雷达中，可以极大地提高外辐射源雷达的性能。目标参数估计是雷达系统的主要功能之一，在大部分应用中，参数估计精度决定了雷达系统的整体性能。为了衡量分置天线MIMO雷达系统的参数估计性能，需要一个量化的综合评价指标。克拉美罗界(CRB)是任何无偏估计均方误差(MSE)的下限，是经典的估计性能评价指标。外辐射源雷达在接收端有用来接收直达波信号(发射-接收)的参考通道和用来接收反射信号的监测通道(发射-目标-接收)。直达波信号是用来估计发射站的发射信号，然后用估计到的发射信号进行监测通道的目标参数估计。这样的估计方法给定一种如何处理直达波信号与目标信号来进行目标参数的监测，所以它通常是次优的。并且，尽管在监测通道会有一些抑制直达波信号的措施，监测通道也很有可能有直达波信号的存在。文献1(X.Zhang,H.Li,J.Liu,andB.Himed,“JointdelayandDopplerestimationforpassivesensingwithdirect-pathinterference,”IEEETransactionsonSignalProcessing,vol.64,no.3,pp.630–640,2016.)考虑了单发单收的外辐射源雷达的估计性能，根据其结果，在监测通道的直达波信号对于目标参数的估计性能是有害的，并且它是在频域对信号进行分析。然而，基于直达波信号对于目标参数的关键作用，在监测通道的直达波信号也很有可能对于目标参数估计是有益的。目前来说，对于外辐射源MIMO雷达的考虑直达波信号的估计性能分析是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
的不足解决的技术问题是,获得一种考虑直达波影响的外辐射源MIMO雷达联合目标速度和位置参数估计，进行了最大似然估计，并计算了克拉美罗界。本专利技术的技术方案为一种反映直达波影响的MIMO雷达克拉美罗界计算方法,该方法包括：步骤1：针对MIMO雷达将N个接收机接收到的信号采样值按顺序排列成一列，构成接收信号r；其中rd为直达波被检测通道接收到的信号，rt为目标反射信号，w为噪声；rd＝αdsd⊙gd，rt＝βtst⊙gt，其中αd为直达波信号在监测通道的信号强度，sd为发射的直达波信号，gd为直达波信号的窗函数；同样，βt为目标回波的强度，st为目标回波信号，gt为目标回波信号的的窗函数；考虑在外辐射雷达中信号完全未知的情形，这里假设发射信号sm(t)是服从具有0均值，自相关函数为Rsm(t)的复高斯随机过程；步骤2：确定接收信号的协方差矩阵C用于最大似然估计C＝αd(Gd⊙Rd⊙GdH)αdH+αd(Gd⊙Rdt⊙GtH)βtH+βt(Gd⊙Rdt⊙GtH)HαdH+βt(Gt⊙Rt⊙GtH)βtH+Q其中，K为采样总数目，N为接收站数目，M为发射站数目，11×KNM为KNM维的全1行向量；Rd＝E(sdsdH)Rdt＝E(sdstH)Rt＝E(ststH)其中E为求期望符号，Q为噪声的协方差矩阵；步骤3：根据下式求得θ的估计值其中θ为我们要估计的目标参数，包括：目标位置x,y与目标速度vx,vy，表示为：θ＝[x,y,vx,vy]T，其中r表示为接收信号矩阵；步骤4：重复步骤1到3，根据估计到的求出其均方根误差为：其中num为重复次数；步骤5：设获得矩阵其中,M表示发射机的个数，N表示接收机的个数，F为时延τ对目标位置x,y的导数，τnm(n＝1,...,Nm＝1,...,M)表示第m个发射机到第n个接收机的时延，G为多普勒频率f对x,y的导数，fnm(n＝1,...,Nm＝1,...M)表示第m个发射机与第n个接收机之间的多普勒频率，Dt为发射机到目标的距离dt对x,y的导数，dtm(m＝1,...,M)表示第m个发射机到目标的距离，Dr为接收机到目标的距离dr对x,y的导数，drn(n＝1,...,N)表示第n个接收机到目标的距离；H为多普勒频率对目标速度vx,vy的导数；步骤6：得到矩阵的第ij个元素为：步骤7根据公式：计算出J(θ)，J(θ)为对应于x,y,vx,vy的费歇尔信息矩阵，最终可得：CRB＝J(θ)-1，对应于CRB的对角元素分别为目标位置x,y和目标速度vx,vy的克拉美罗下界。利用如上步骤计算得的克拉美罗界可用来评估外辐射源MIMO雷达联合目标速度和位置参数估计的性能，并考虑了外辐射源雷达中直达波对于估计的影响，进而更为贴近现实的反映出了外辐射源雷达参数估计的工作过程，在这个过程中，考虑直达波对于参数估计的可利用性。附图说明图1是当DSR＝95dB时，在不同的SNR下计算的对于x,y，vx,vy的RMSE和RCRB示意图。图2是当DSR＝-40dB时，在不同的SNR下计算的对于x,y，vx,vy的RMSE和RCRB示意图。具体实施方式为了方便描述，首先进行如下定义：()T为转置，()H为共轭转置，为向下取整，表示克罗内克积。考虑一个分置天线外辐射源MIMO雷达，有M个单天线发射机和N个单天线接收机，在一个笛卡尔坐标系中，第m(m＝1,…,M)个发射天线和第n(n＝1,…,N)个接收天线分别位于和第m个发射机在kTs时刻的采样值为Ts为采样间隔，k(k＝1,…,K)是采样数字，假设不同发射机的发射信号时正交的。Em为第m个发射机的发射信号能量，所以在kTs时刻第n个接收机接收到第m个发射机的信号为其中dd,nm是第m个发射机与第n个接收机的直达波距离；dt,m是第m个接收机与目标之间的距离；dr,n是第n个接收机与目标之间的距离；ld,nm是第nm条直达波路径的时延；lt,nm和ft,nm是第nm条反射路径的时延与多普勒频率；ζt,nm是目标反射系数，假设其为已知；wnm[k]是对应于nm路径的噪声；P0是在dd,nm＝1时接收能量与发射能量的比值；P1是在dtm＝drn＝1时接收能量与发射能量的比值。假设发射信号sm[k]是具有0均值和自相关函数为Rsm[l]的复高斯随机过程，是并且gm[k]是已知的窗函数，wnm[k]为第nm条路径的噪声。假设位置(x,y)和速度(vx,vy)是确定未知需要估计的。距离dt,m和dr,n是未知目标位置(x,y)的函数时延ld,nmlt,nm是未知目标位置(x,y)的函数：其中c表示光速。ft,nm是未知目标位置(x,y)和速度(vx,vy)的函数其中λ表示载波波长。定义一个未知参数向量来表示要估计的参数：θ＝[x,y,vx,vy]T(8)第n个接收机接收到第m个发射机的信号为其中sd,nm＝(sm[1-ld,nm],...,sm[K-ld,nm])T(11)gd,nm＝(gm[1-ld,n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反映直达波影响的MIMO雷达克拉美罗界计算方法,该方法包括：步骤1：针对MIMO雷达将N个接收机接收到的信号采样值按顺序排列成一列，构成接收信号r；

【技术特征摘要】
1.一种反映直达波影响的MIMO雷达克拉美罗界计算方法,该方法包括：步骤1：针对MIMO雷达将N个接收机接收到的信号采样值按顺序排列成一列，构成接收信号r；其中rd为直达波被检测通道接收到的信号，rt为目标反射信号，w为噪声；rd＝αdsd⊙gd，rt＝βtst⊙gt，其中αd为直达波信号在监测通道的信号强度，sd为发射的直达波信号，gd为直达波信号的窗函数；同样，βt为目标回波的强度，st为目标回波信号，gt为目标回波信号的的窗函数；考虑在外辐射雷达中信号完全未知的情形，这里假设发射信号sm(t)是服从具有0均值，自相关函数为Rsm(t)的复高斯随机过程；步骤2：确定接收信号的协方差矩阵C用于最大似然估计其中，K为采样总数目，N为接收站数目，M为发射站数目，11×KNM为KNM维的全1行向量；Rd＝E(sdsdH)Rdt＝E(sdstH)Rt＝E(ststH)其中E为求期望符号，Q为噪声的协方差矩阵；步骤3：根据下式求得θ的估计值其中θ为我们要估计的目标参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建宾，何茜，吴永刚，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51