一种智能反射面辅助的MIMO雷达目标检测方法与电子设备技术

本发明专利技术提供了一种智能反射面辅助的MIMO雷达目标检测方法，包括：根据目标探测方位、智能反射面与接收阵列之间的信道状态信息，对智能反射面上的每个阵元的相移量进行优化计算得到每个阵元的优化相移量；根据得到的智能反射面的每个阵元的优化相移量对智能反射面进行控制，雷达发射探测信号并进行接收回波信号；对待检测距离单元的接收信号计算其空间谱；根据得到的空间谱，检测在该空间谱的感兴趣方向是否出现峰值，如果出现峰值，那么则表示该方向的该距离单元上存在目标。本发明专利技术利用智能反射面来增强MIMO雷达接收阵列的信号强度，改善目标检测的性能，具有更好的空间谱分辨率。本发明专利技术还提供了相应的电子设备。本发明专利技术还提供了相应的电子设备。本发明专利技术还提供了相应的电子设备。

【技术实现步骤摘要】
一种智能反射面辅助的MIMO雷达目标检测方法与电子设备


[0001]本专利技术属于雷达探测
，更具体地，涉及一种智能反射面辅助的MIMO雷达目标检测方法与电子设备。

技术介绍

[0002]智能反射面是一种由大量低成本的被动无源反射元件组成的平面，每个元件能都能够独立地对入射信号进行相位和幅度的改变。目前，已有研究将智能反射面运用到无线通信中。通过将智能放射面放置于发送方与接收方之间，使得接收方能更好地接收发送方发送的信号。文献《Towards Smart Wireless Communications via Intelligent Reflecting Surfaces:A Contemporary Survey》(IEEE Communications Surveys&Tutorials,2020)总结和展望了智能反射面在无线通信中的巨大潜力和应用前景。智能反射面在雷达领域也有一定的应用，尤其是微波成像领域。在文献《Review of Metasurface Antennas for Computational Microwave Imaging》(IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.68,no.3)中对智能反射面在微波成像中的应用进行了综述。由此可见，智能反射面在雷达和无线通信中都具有较大的应用潜力。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种智能反射面辅助的MIMO雷达目标检测方法。利用智能反射面，改善MIMO雷达接收阵列的接收信号强度，改善雷达探测性能，提高雷达目标的空间分辨率。本专利技术目的在于利用智能反射面，改善雷达目标探测性能。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种智能反射面辅助的MIMO雷达目标检测方法，首先对智能反射面进行优化，然后进行目标探测。具体包括以下步骤：
[0005]步骤S1：根据目标探测方位、智能反射面与接收阵列之间的信道状态信息，对智能反射面上的每个阵元的相移量进行优化计算得到每个阵元的优化相移量。
[0006]考虑窄带集中式MIMO雷达系统，发射天线阵列和接收天线阵列分别安装有M和N根天线，天线按照半波长间距成线形放置。智能反射面上安装有K个阵元，天线也按照半波长间距线形放置。智能反射面与接收天线阵的夹角为α，目标的回波方向与接收天线阵列的夹角为θ，目标回波方向与智能反射面的夹角为θ'。接收天线阵列的接收信号可以表示为：
[0007][0008]其中表示接收信号矩阵，和分别表示发射天线阵列、接收天线阵列和智能反射面的导向矢量，且表示为：
[0009]为发射信号矩阵，为第m根天线发射的长度为L的信号且SS
H
＝I。β(θ)为目标在θ方向的雷达截面积系数。是维度为K的对角矩阵，其中β
n
∈[0,1]和θ
n
∈[0,2π)分别为智能反射面上第n个阵元对入射信号进行反射后的幅度衰减值和相移量。是智能反射面和接收阵列之间的信道矩阵。为高斯噪声矩阵。
[0010]通过合理的设置智能反射面的相移量可以优化接收天线阵列的接收信号，但是智能反射面上阵元的幅度衰减值和相移量存在一定的联系。智能反射面上的阵元对入射信号进行反射后的幅度衰减值和相移量之间满足一定的近似函数关系β(θ
n
)，可以表示为：
[0011][0012]其中θ
n
表示第n个阵元的相移量，β(θ
n
)表示阵元在不同的相移量时对入射信号的衰减值。β
min
和是对该函数关系进行调整的常量，根据对智能反射面上阵元的实际测量结果来进行设置。
[0013]令其中Λ＝diag(a
r,IRS
(θ'))表示由a
r,IRS
(θ')中的元素构成的对角矩阵；和b
i
为b中第i个元素的相位和幅值。
[0014]为了对智能反射面上的第n个阵元进行优化，需要求解如下函数最大值优化问题且θ
n
∈[0,2π)，其中β
n
满足式(2)的函数关系；为b中第n个元素的相位。对于f(θ
n
)最大值的优化求解，我们采用三点的二项式近似的方法，因此可以得到三个点(x1,f(x1))(x2,f(x2))和(x3,f(x3))。当时，x2＝-π，and当时，x2＝π，and该三点确立的二次抛物线曲线的顶点即为最大值所在位置。
[0015]根据以上定义，智能反射面的第n个阵元的优化后的相移量为：
[0016][0017]根据上述方法，可以对智能反射面上的所有的阵元进行相移量优化和控制，从而改善接收阵列接收到的目标信号。
[0018]步骤S2：根据步骤S1得到的智能反射面阵元的优化相移量对智能反射面进行控制，雷达发射探测信号并进行接收回波信号；对待检测距离单元的接收信号计算其空间谱。
[0019]接收信号的空间谱可表示为：
[0020][0021]其中为对目标的雷达截面积的幅值在角度θ的估计；a
′
r
(θ)＝a
r
(θ)+HΦa
r,IRS
(θ')，||
·
||，(
·
)
H
，(
·
)
*
和(
·
)-1
分别表示矢量或矩阵的2范数、共轭转置、共轭和矩阵求逆；矩阵求逆；
[0022]步骤S3：根据步骤S2中的得到的空间谱，检测在该空间谱在感兴趣方向是否出现峰值，如果出现峰值，则表示该方向的该距离单元上存在目标。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0024]本专利技术提供的基于智能反射面的MIMO雷达目标检测方法，通过控制智能反射面上阵元的相移量，改善在接收阵列处接收的目标反射信号，通过空间谱估计对目标的雷达反射截面积进行估计来实现目标探测，可以实现更高的空间谱分辨率。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例中智能反射面辅助的MIMO雷达目标探测系统示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例中一种智能反射面辅助的MIMO雷达目标检测方法的流程示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例中一种智能反射面辅助的空间谱估计图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]由于智能反射面可以根据无线环境，灵活的改变反射面上每个阵元的相位和幅度，从而增加接收方的信号功率或者抑制接收方的干扰信号。本专利技术利用智能反射面来增强MIMO雷达接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能反射面辅助的MIMO雷达目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据目标探测方位、智能反射面与接收阵列之间的信道状态信息，对智能反射面上的每个阵元的相移量进行优化计算得到每个阵元的优化相移量；步骤S2：根据步骤S1得到的智能反射面的每个阵元的优化相移量对智能反射面进行控制，雷达发射探测信号并进行接收回波信号；对待检测距离单元的接收信号计算其空间谱；步骤S3：根据步骤S2中的得到的空间谱，检测在该空间谱的感兴趣方向是否出现峰值，如果出现峰值，则表示该方向的该距离单元上存在目标。2.如权利要求1所述的智能反射面辅助的MIMO雷达目标检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：发射天线阵列和接收天线阵列分别安装有M和N根天线，天线按照半波长间距成线形放置，智能反射面上安装有K个阵元，天线也按照半波长间距线形放置；智能反射面与接收天线阵的夹角为α，目标的回波方向与接收天线阵列的夹角为θ，目标回波方向与智能反射面的夹角为θ'；接收天线阵列的接收信号表示为：其中表示接收信号矩阵，和分别表示发射天线阵列、接收天线阵列和智能反射面的导向矢量，且表示为：表示为：表示为：表示为：为发射信号矩阵，为第m根天线发射的长度为L的信号且SS
H
＝I；β(θ)为目标在θ方向的雷达截面积系数；是维度为K的对角矩阵，其中β
n
∈[0,1]和θ
n
∈[0,2π)分别为智能反射面上第n个阵元对入射信号进行反射后的幅度衰减值和相移量；是智能反射面和接收天线阵列之间的信道矩阵，为高斯噪声矩阵；智能反射面上的每个阵元对入射信号进行反射后的幅度衰减值和相移量之间满足一定的近似函数关系β(θ
n
)，表示为：其中θ
n
表示第n个阵元的相移量，β(θ
n
)表示阵元在不同的相移量时对入射信号的衰减值；β
min
和是对该函数关系进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕伟，邓斌，方其庆，刘根，周乐，胡亚敏，文小乔，刘伟，杨灵明，乔天，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军预警学院，
类型：发明
国别省市：