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专利号: 2020103617954
申请人: 长江大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种增益-相位误差背景下双基地MIMO雷达角度估计方法,其特征在于,所述方法包括:S1、将双基地MIMO雷达匹配滤波后的数据矩阵重建成三阶张量的形式,通过三线性交替最小二乘法得到发射方向矩阵和接收方向矩阵的估计;

S2、从所述发射方向矩阵或者接收方向矩阵中挑选出一个参考矢量,利用谱峰搜索算法获得一个参考DOD或者DOA的估计值;

S3、将剩余的方向矩阵的两列向量进行点除运算,对运算的结果通过最小二乘法获得关于角度差的估计,结合所述参考DOD或者DOA的估计值获取剩余的DOD与DOA的估计值;

S4、根据DOD和DOA的估计值计算发射阵列和接收阵列的GPE估计值。

2.根据权利要求1所述增益-相位误差背景下双基地MIMO雷达角度估计方法,其特征在于,所述步骤S1中,所述双基地MIMO雷达匹配滤波后的数据矩阵X表示为:T

X=A′B+Nx

=[A′R⊙A′T]BT+Nx

根据三线性模型的对称性,将所述数据矩阵X重构成矩阵Y和Z:其中符号 ⊙ 表示Khatri-Rao积,A′T为发射方向矩阵,A′R为接收方向矩阵,为目标特性矩阵,L为接收快拍数,Nx、Ny和Nz分别为对应的噪声矩阵。

3.根据权利要求2所述增益-相位误差背景下双基地MIMO雷达角度估计方法,其特征在于,所述步骤S1中,发射方向矩阵A′T、接收方向矩阵A′R、目标特性矩阵B的估计值分别为:上式中Π是一个置换矩阵,N1,N2和N3为对应的估计误差,Δ1,Δ2,Δ3为尺度模糊对角矩阵,其乘积满足Δ1Δ2Δ3=IK,K为空间远场同一距离元内存在的目标个数。

4.根据权利要求1所述增益-相位误差背景下双基地MIMO雷达角度估计方法,其特征在于,所述步骤S2具体为:S21、取发射方向矩阵的估计值 中一个列向量作为参考矢量,记为 以γ为未知的方向角参数,构造一个理想的方向导引矢量at(λ):S22、定义pi(γ)如下:

其中符号angle(·)表示取相位,(·)H表示共轭转置;

[·]i表示取列向量的第i个元素;

可知当γ=θ时, 定义一个空间谱函数f(γ):则

S23、当M足够大且γ=θk时,函数f(γ)有最大值,对函数f(γ)求极值,得到参考DOD的估计值同理,采用步骤S21~S23相同的方式,得到一个参考DOA的估计值。

5.根据权利要求4所述增益-相位误差背景下双基地MIMO雷达角度估计方法,其特征在于,所述步骤S3具体为:S31、将方向矩阵两列进行点除,即

a′t(θp)./a′t(θq)

=[1,exp(-j2πd(sin(θp)-sin(θq))/λ),…,exp(-j2πd(M-1)(sin(θp)-sin(θq))/λ)]T其中符号./为两个向量对应位置的元素相除,p=1,…,K,q=1,…,K,p≠q;得到其中接收阵列导向向量估计值 和 都进行了归一化处理;

S32、对获得的 进行LS拟合,即

其中, 进而得到c的LS解为

其中,

S33、结合 和参考DOD的估计值 估计出第q个列向量所对应的DOD,通过选取不同的p,估计出剩余的DOD;同理,采用相同的方式得到DOA的估计值。

6.根据权利要求5所述增益-相位误差背景下双基地MIMO雷达角度估计方法,其特征在于,所述步骤S4中,发射阵列的GPE表示为:接收阵列的GPE表示为:

分别为导向向量ar(φk)、at(θk)的估计值。

7.一种增益-相位误差背景下双基地MIMO雷达角度估计装置,其特征在于,所述装置包括:方向矩阵估计模块:将双基地MIMO雷达匹配滤波后的数据矩阵重建成三阶张量的形式,通过三线性交替最小二乘法得到发射方向矩阵和接收方向矩阵的估计;

参考角度估计模块:从所述发射方向矩阵或者接收方向矩阵中挑选出一个参考矢量,利用谱峰搜索算法获得一个参考DOD或者DOA的估计值;

DOD与DOA估计模块:将剩余的方向矩阵的两列进行点除运算,对运算的结果通过最小二乘法获得关于角度差的估计,结合所述参考DOD或者DOA的估计值获取剩余的DOD与DOA的估计值;

GPE估计模块:根据DOD和DOA的估计值计算发射阵列和接收阵列的GPE估计值。

8.根据权利要求7所述增益-相位误差背景下双基地MIMO雷达角度估计装置,其特征在于,所述方向矩阵估计模块具体包括:数据矩阵重构单元:用于将双基地MIMO雷达匹配滤波后的数据矩阵X表示为:X=A′BT+Nx

=[A′R⊙A′T]BT+Nx

根据三线性模型的对称性,将所述数据矩阵X重构成矩阵Y和Z:其中符号 ⊙ 表示Khatri-Rao积,A′T为发射方向矩阵,A′R为接收方向矩阵,为目标特性矩阵,L为接收快拍数,Nx、Ny和Nz分别为对应的噪声矩阵;

方向矩阵估计单元:用于分别计算发射方向矩阵A′T、接收方向矩阵A′R、目标特性矩阵B的估计值:上式中Π是一个置换矩阵,N1,N2和N3为对应的估计误差,Δ1,Δ2,Δ3为尺度模糊对角矩阵,其乘积满足Δ1Δ2Δ3=IK,K为空间远场同一距离元内存在的目标个数。

9.根据权利要求7所述增益-相位误差背景下双基地MIMO雷达角度估计装置,其特征在于,所述DOD与DOA估计模块具体包括:点除单元:用于将方向矩阵两列进行点除,即

a′t(θp)./a′t(θq)

=[1,exp(-j2πd(sin(θp)-sin(θq))/λ),…,exp(-j2πd(M-1)(sin(θp)-sin(θq))/λ)]T其中符号./为两个向量对应位置的元素相除,p=1,…,K,q=1,…,K,p≠q;得到其中接收阵列导向向量估计值 和 都进行了归一化处理;

求解单元:用于对获得的 进行LS拟合,即

其中, 得到c的LS解为

其中,

估计单元:用于结合 和参考DOD的估计值 估计出第q个列向量所对应的DOD,通过选取不同的p,估计出剩余的DOD;同理,采用同样的方式得到DOA的估计值。