一种基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法技术

本发明专利技术提供了一种基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法，根据天线的频控发射阵列、相控阵接收阵列、频控阵列发射阵元的等间距、相控阵接收阵元的等间距以及远场处运动目标的坐标构建频控阵MIMO，并根据频控阵MIMO构建频控阵MIMO接收阵列接收的信号矩阵，再利用模糊函数和多信号分类算法，求解雷达目标的角度维和距离维信息，从而完成对雷达目标的定位，本发明专利技术利用模糊矩阵替代相关矩阵进行特征值分解求解噪声子空间和信号子空间，然后在时频谱进行二维搜索求得目标的角度和距离维信息，采用该目标定位方法可对远场目标定位性能有较大的改善，解决了频控阵MIMO在较低信噪比情况下下无法对目标信息准确估计的问题。

A Target Location Method for Frequency Array MIMO Radar Based on Fuzzy Function

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法
本专利技术属于频控阵雷达
，尤其涉及一种基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法。
技术介绍
频控阵雷达因其特有的距离-角度依赖性而在雷达系统、无线通信、雷达成像、目标估计与追踪、干扰及抗干扰等领域有着非常广泛的应用。相对于相控阵而言，均匀线形频控阵能够形成具有角度-距离依赖性的发射波束，对远场目标能够进行角度维和距离维的估计。传统的目标估计方法MUSIC算法在较低信噪比情况下，对运动目标角度和距离的估计误差较大，且在多目标角度和距离接近的情况下，无法进行有效估计。而目前针对此问题的解决主要通过配置线性频控阵的参数如阵元数目、阵元间隔等，能够提高对目标信息的估计，其实现较为复杂，为此，本次专利技术提出一种基于模糊函数和MUSIC的MIMO频控阵目标定位方法，即利用模糊矩阵替代相关矩阵进行特征值分解求解噪声子空间和信号子空间，然后在时频谱进行二维搜索求得目标的角度和距离维信息。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法解决了频控阵MIMO在较低信噪比情况下下无法对目标信息准确估计的问题。为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：本方案提供一种基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法，包括以下步骤：S1、根据天线的频控发射阵列、相控阵接收阵列、频控阵列发射阵元的等间距、相控阵接收阵元的等间距以及远场处运动目标的坐标(θk,rk)构建频控阵MIMO，其中，θ表示运动目标的方位角，取值范围为[-90°,90°]，r表示观测点到参考点的距离，取值范围为[Rmin,∞)，Rmin表示使观测点满足远场假设的最小距离，k表示远场处的第k个运动目标；S2、根据所述频控阵MIMO构建频控阵MIMO接收阵列接收的信号矩阵；S3、根据所述信号矩阵分别利用模糊函数和多信号分类算法MUSIC，求解雷达目标的角度维和距离维信息，从而完成对雷达目标的定位。进一步地，所述步骤S1中频控发射阵列按频控发射阵列的等间距dt分布M个发射阵元，且各发射阵元的频偏值Δfx依次按线性递增。再进一步地，所述步骤S1中相控阵接收阵列按相控阵接收阵列的等间距dr分布N个相控阵接收阵元。再进一步地，所述步骤S2中MIMO频控阵接收阵列接收的信号矩阵X的表达式如下：X＝[x(t1),x(t2),...x(tn)]其中，tn表示采样快拍时刻，x(tn)表示目标在采样快拍时接收的信号值。再进一步地，所述步骤S3包括如下步骤：S301、分别在所述信号矩阵的第i个虚拟接收阵元和第l个虚拟接收阵元接收到的信号中取互模糊函数，并根据所述互模糊函数取期望值；S302、根据所述互模糊函数和期望值组成模糊矩阵RAF，并对模糊矩阵RAF进行特征值分解，得到噪声子空间和信号子空间；S303、利用多信号分类算法MUSIC对所述噪声子空间和信号子空间进行二维谱峰搜索，得到雷达目标的角度和距离，从而完成对雷达目标的定位。再进一步地，所述步骤S302中对模糊矩阵RAF进行特征值分解的表达式如下：其中，表示由模糊函数矩阵RAF的最大的K个特征值对应的特征向量所张成的信号子空间，表示由模糊函数矩阵RAF的最小特征值对应的特征向量张成的噪声子空间，∧表示模糊函数矩阵RAF的特征值矩阵,M表示频控阵发射阵列阵元个数，N表示相控阵接收阵列阵元个数，n(t)表示加性高斯白噪声，K表示远场处运动目标的总数。再进一步地，所述步骤S303中雷达目标的角度和距离PAF(θ,r)的表达式如下：其中，θ表示运动目标的方位角，取值范围为[-90°,90°]，r表示观测点到参考点的距离，取值范围为[Rmin,∞)，Rmin表示使观测点满足远场假设的最小距离，Afda表示频控阵MIMO雷达的导向矢量，表示频控阵MIMO雷达导向矢量的共轭转置，表示由模糊函数矩阵的最小特征值对应的特征向量张成的噪声子空间，H表示向量的共轭转置。本专利技术的有益效果：本专利技术根据天线的频控发射阵列、相控阵接收阵列、频控阵列发射阵元的等间距、相控阵接收阵元的等间距以及远场处运动目标的坐标构建频控阵MIMO，并根据所述频控阵MIMO构建频控阵MIMO接收阵列接收的信号矩阵，再利用模糊函数和多信号分类算法MUSIC，求解雷达目标的角度维和距离维信息，从而完成对雷达目标的定位，即利用模糊矩阵替代相关矩阵进行特征值分解求解噪声子空间和信号子空间，然后在时频谱进行二维搜索求得目标的角度和距离维信息，采用该目标定位方法可对远场目标定位性能有较大改善，解决了MIMO频控阵在较低信噪比情况下下无法对目标信息准确估计的问题。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为本专利技术中频控阵MIMO的模型示意图；图3为利用传统MUSIC算法对两个运动目标得到的二维谱图；图4为采用本专利技术方法后对两个运动目标得到的二维谱图；图5为传统MUSIC算法和采用本专利技术方法后对两个运动目标的信噪比SNR曲线示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。实施例本专利技术利用模糊矩阵替代相关矩阵进行特征值分解求解噪声子空间和信号子空间，然后在时频谱进行二维搜索求得目标的角度和距离维信息，采用该目标定位方法可对远场目标定位性能有较大改善，解决了MIMO频控阵在较低信噪比情况下下无法对目标信息准确估计的问题。如图1所示，本专利技术公开了一种基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据天线的频控发射阵列、相控阵接收阵列、频控阵列发射阵元的等间距、相控阵接收阵元的等间距以及远场处运动目标的坐标(θk,rk)构建频控阵MIMO，其中，θ表示运动目标的方位角，取值范围为[-90°,90°]，r表示观测点到参考点的距离，取值范围为[Rmin,∞)，Rmin表示使观测点满足远场假设的最小距离，k表示远场处的第k个运动目标，所述频控发射阵列按频控发射阵列的等间距dt分布M个发射阵元，且各发射阵元的频偏值Δfx依次按线性递增，所述相控阵接收阵列按相控阵接收阵列的等间距dr分布N个相控阵接收阵元，在具体实施例中，如图2-图3所示，设置天线的阵元个数，工作频率，相邻天线阵元间的频偏值以及等间距，假设频控阵中的天线均采用全向天线，在不考虑能量随距离衰减情况下，设置频控阵发射阵列阵元个数M＝4，相控阵接收阵列阵元个数N＝4，第一个全向天线(参考阵元)的载波频率为f0＝1GHZ，发射端阵元之间的频偏值为Δf＝3kHz，阵元间距为λ为波长；S2、根据所述频控阵MIMO构建频控阵MIMO接收阵列接收的信号矩阵，在具体实施例中，假定距离非常近的频控阵发射阵列和相控阵接收阵列分别放置M和N个阵元，则在远场目标Pk处可以认为两个阵列是在同一空间区域位置，对于位于(θk,rk)处的远场目标，两个相邻发射阵元发射的信号到达该目标时期相位差为：其中，d表示频控阵发射阵元的间距，Δf频控阵发射阵元之间的线性频偏，c表示光速。因此，发射阵列的导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据天线的频控发射阵列、相控阵接收阵列、频控阵列发射阵元的等间距、相控阵接收阵元的等间距以及远场处运动目标的坐标(θk,rk)构建频控阵MIMO，其中，θ表示运动目标的方位角，取值范围为[‑90°,90°]，r表示观测点到参考点的距离，取值范围为[Rmin,∞)，Rmin表示使观测点满足远场假设的最小距离，k表示远场处的第k个运动目标；S2、根据所述频控阵MIMO构建频控阵MIMO接收阵列接收的信号矩阵；S3、根据所述信号矩阵分别利用模糊函数和多信号分类算法MUSIC，求解雷达目标的角度维和距离维信息，从而完成对雷达目标的定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据天线的频控发射阵列、相控阵接收阵列、频控阵列发射阵元的等间距、相控阵接收阵元的等间距以及远场处运动目标的坐标(θk,rk)构建频控阵MIMO，其中，θ表示运动目标的方位角，取值范围为[-90°,90°]，r表示观测点到参考点的距离，取值范围为[Rmin,∞)，Rmin表示使观测点满足远场假设的最小距离，k表示远场处的第k个运动目标；S2、根据所述频控阵MIMO构建频控阵MIMO接收阵列接收的信号矩阵；S3、根据所述信号矩阵分别利用模糊函数和多信号分类算法MUSIC，求解雷达目标的角度维和距离维信息，从而完成对雷达目标的定位。2.根据权利要求1所述的基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法，其特征在于，所述步骤S1中频控发射阵列按频控发射阵列的等间距dt分布M个发射阵元，且各发射阵元的频偏值Δfx依次按线性递增。3.根据权利要求1所述的基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法，其特征在于，所述步骤S1中相控阵接收阵列按相控阵接收阵列的等间距dr分布N个相控阵接收阵元。4.根据权利要求1所述的基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法，其特征在于，所述步骤S2中MIMO频控阵接收阵列接收的信号矩阵X的表达式如下：X＝[x(t1),x(t2),...x(tn)]其中，tn表示采样快拍时刻，x(tn)表示目标在采样快拍时接收的信号值。5.根据权利要求1所述的基于模糊函数的频控阵MIMO雷达目标定位方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧，胡华伟，王文钦，廖轶，张顺生，吴磊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51