CN105699953B - 频率分集mimo雷达距离‑角度解耦合波束形成方法 - Google Patents

频率分集mimo雷达距离‑角度解耦合波束形成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种频率分集MIMO雷达距离‑角度解耦合波束形成方法，主要解决现有频率分集阵列不能形成距离‑角度解耦合自适应响应的问题。其实现步骤是：1.设计频率分集阵列发射信号频率；2.获得频率分集阵列发射信号和接收端回波信号；3.对接收端回波信号进行矢量输出，得到回波信号的快拍矢量；4.对快拍矢量进行自适应波束形成，得到距离‑角度的二维波束形成方向图。本发明充分利用频率分集阵列发射自由度，形成了基于频率分集MIMO雷达系统在距离和角度维的可控自由度，并通过自适应波束形成技术实现了距离‑角度的二维波束形成，可用于目标的距离‑角度联合检测，并抑制与距离相关的干扰信号。

Description

频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，可用于检测目标和抑制与距离相关的干扰。
背景技术
多输入多输出MIMO雷达相比于传统相控阵雷达，能够有效地利用发射自由度，实现发射-接收联合处理，能够提高自适应能力，提高雷达参数估计性能。然而传统的多输入多输出MIMO雷达仅具有角度维自由度，没有距离维自由度，难以实现与距离相关的干扰抑制。
频率分集阵列的概念由Paul Antonik等人于2006年国际雷达会议上提出，具有灵活的波束控制能力，日渐引起国内外学者的关注。相比于传统的相控阵雷达，其各发射阵元的载频存在一个小的频率间隔，由此可以产生与距离-角度依赖的天线方向图。近十年来，关于频率分集阵列雷达的距离-角度二维波束形成、与距离相关干扰的抑制等特性已有研究。然而频率分集阵列方向图的距离-角度二维依赖性由频率增量决定，不能自适应地形成零点和凹陷，对复杂环境和干扰的抑制能力差，在这些情况下会造成目标检测性能的严重下降，因此需要自适应地形成与环境相匹配的波束方向图，增强频率分集阵列方向图在复杂环境下的适应能力。
发明内容
本发明目的在于提出一种频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，自适应地形成与环境相匹配的距离-角度解耦合的波束方向图，增强频率分集阵列方向图在复杂环境下的适应能力，提高目标检测性能。
是在频率分集多输入多输出MIMO雷达系统的基础上，对其距离-角度二维域的自适应波束形成技术进行研究，发掘其在距离-角度联合域进行目标检测以及抑制与距离相关干扰的能力。
本发明的基本思路是：在高斯白噪声背景下，通过对均匀分布线阵的各发射阵元间引入频率间隔，通过频率分集阵列发射正交波形信号，通过产生与距离、角度都相关的发射导向矢量，通过在接收端对回波信号采用最小方差无失真响应MVDR的自适应波束形成技术，由此可以产生与角度、距离同时依赖的天线方向图，进而在距离-角度联合域进行目标检测以及干扰抑制。其实现方案如下：
(1)在共址等距线阵的各发射阵元间引入频率间隔Δf，得到频率分集阵列第m个发射阵元的发射信号频率：
fm＝f0+(m-1)Δf,m＝1,2,…,M
其中，M为发射阵元数目，f0为第一个天线，即参考天线的载频；
(2)根据发射信号总能量E和频率分集阵列的发射信号频率fm，得到第m个发射阵元的发射信号：
其中，E为发射信号总能量，φm(t)为第m个阵元发射波形，j表示虚数，t为传播时间；
(3)获得频率分集阵列接收端回波信号：
(3a)获得接收端第n个阵元的接收信号：
其中，ym,n(t)为第n个阵元接收由第m个阵元所发射的信号,n＝1,2,…,N，N为接收阵元天线数目；
(3b)构建发射导向矢量aL(θ,R)和接收导向矢量aR(θ)：
其中θ代表角度，R代表距离，dL、dR分别为发射、接收阵元间距，符号⊙为哈达玛Hadamard积，符号[·]T表示转置运算；
(3c)将接收端各个阵元接收的信号表示为如下矩阵形式：
其中，Φ为各个阵元发射波形的矩阵，ξ为反射系数；
(3d)根据(3c)获得接收端的合成回波信号表达式：
其中S为接收的目标信号矩阵，θ0和R0分别为目标所在角度和距离，J为接收的干扰信号矩阵，θi和Ri分别为第i个干扰源所在角度和距离，D为干扰源数目，N为高斯白噪声，ξs和ξi分别为目标信号和干扰的反射系数；
(3e)将合成回波信号X经过M路波形匹配后，再进行矢量输出，得到接收信号的快拍矢量y；
(4)根据(3e)中的接收信号矢量y进行波束形成：
(4a)根据(3e)中的接收信号矢量y计算干扰加噪声协方差矩阵：
其中 是第i个干扰的功率，为噪声协方差矩阵，符号是克罗内克Kronecker积；
(4b)根据干扰加噪声协方差矩阵Q，得到最小方差无失真响应的解：
其中
(4c)根据最小方差无失真响应的解w，得到与距离、角度有关的接收波束方向图：
f(θ,R)＝wTa(θ,R)
其中
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，本发明通过在共址等距线阵各发射阵元间引入频率间隔Δf，由此可以产生与距离和角度依赖的天线方向图，因此不仅具有角度维自由度，而且具有距离维自由度。
第二，本发明通过对频率分集阵列采用MIMO技术，可以在接收端进行联合波束形成，产生与距离、角度解耦合的自适应响应，能够自适应地形成与环境相匹配的波束方向图，增强频率分集阵列方向图在复杂环境下的适应能力，提高目标检测性能。
第三，本发明通过采用最小方差无失真响应的自适应波束形成技术，可以实现距离、角度二维波束形成，实现目标的距离-角度联合检测，尤其可以抑制距离依赖型的干扰。
附图说明
图1是本发明的使用场景图；
图2是本发明的波束形成实现流程图；
图3是用本发明仿真的波束形成功率谱；
图4是用本发明仿真的波束形成方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。
参照图1，本发明的使用场景为基于频率分集MIMO雷达系统：假设目标位于远场，仰角为θ，频率分集MIMO雷达系统中发射端由M个发射阵元组成，阵元间距为dL；接收端由N个阵元组成，阵元间距为dR；第m个阵元的信号频率为：
fm＝f0+(m-1)Δf,m＝1,2,…,M
其中，f0为参考工作频率，Δf为阵元间频率间隔。
参照图2，本发明的实现步骤如下：
步骤1，在共址等距线阵的各发射阵元间引入频率间隔Δf，得到频率分集阵列第m个发射阵元的发射信号频率：
fm＝f0+(m-1)Δf,m＝1,2,…,M
其中，M为发射阵元数目，f0为第一个天线，即参考天线的载频。
步骤2，获得频率分集阵列发射信号。
(2a)分别获得第m个阵元发射的波形φm(t)和第k个阵元发射的波形φk(t)，且φm(t)与φk(t)相互正交，其正交关系的表达式如下：
其中Tp为脉冲宽度，k＝1,2,…,M,符号[·]*为共轭运算。
(2b)根据频率分集阵列的发射信号频率fm和第m个阵元发射波形φm(t)，得到第m个发射阵元的发射信号：
其中，E为发射信号总能量，j表示虚数，t为传播时间。
步骤3，获得频率分集阵列接收端回波信号。
(3a)计算从第m个阵元发射到第n个阵元接收的收发双程时延：
其中θ代表角度，R代表距离，dL、dR分别为发射、接收阵元间距，n＝1,2,…,N，N为接收阵元天线数目；
(3b)根据(3a)中的双程时延τm,n，得到第n个阵元接收由第m个阵元所发射的信号：
(3c)根据第n个阵元接收由第m个阵元所发射的信号ym,n(t)，获得接收端第n个阵元的接收信号：
(3d)构建发射导向矢量aL(θ,R)和接收导向矢量aR(θ)：
其中θ代表角度，R代表距离，符号⊙为哈达玛Hadamard积，符号[·]T表示转置运算；
根据上述发射、接收导向矢量表达式，发射导向矢量aL(θ,R)依赖于距离和角度，接收导向矢量aR(θ)仅依赖于角度，因此能够有效地利用发射端距离维自由度进行发射-接收联合处理，实现距离‐角度解耦合。
(3e)将接收端各个阵元接收的信号表示为如下矩阵形式：
其中，Φ为各个阵元发射波形的矩阵，ξ为反射系数；
(3f)根据(3e)获得接收端的合成回波信号表达式：
其中S为接收的目标信号矩阵，θ0和R0分别为目标所在角度和距离，J为接收的干扰信号矩阵，θi和Ri分别为第i个干扰源所在角度和距离，D为干扰源数目，N为高斯白噪声，ξs和ξi分别为目标信号和干扰的反射系数，分别与目标和干扰的散射特性有关。
步骤4，将步骤(3f)中的合成回波信号X经过M路波形匹配后，再进行矢量输出，得到接收信号的快拍矢量y：
其中B为采样快拍数，g是零均值高斯白噪声，符号是克罗内克Kronecker积。
步骤5，根据步骤4中的接收信号矢量y进行波束形成。
(5a)根据步骤4中的接收信号矢量y计算干扰加噪声协方差矩阵：
其中 是第i个干扰的功率，I为噪声协方差矩阵；
(5b)根据干扰加噪声协方差矩阵Q，得到最小方差无失真响应的表达式：
其中为导向矢量，w为最小方差无失真响应的解；
(5c)解(5b)中的最小方差无失真响应方程组，从而得到最小方差无失真响应的解：
其中
(5d)根据最小方差无失真响应的解w，得到与距离、角度有关的接收波束方向图：
f(θ,R)＝wTa(θ,R)。
下面通过仿真实验对本发明的效果做进一步说明。
1.仿真参数：
设发射端的阵元为8个，阵元间距为dL＝0.015m，频率间隔Δf＝3KHz；
设接收端的阵元为6个，阵元间距为dR＝0.015m；
目标所在角度和距离分别为θ0＝0°和R0＝30Km，信噪比SNR＝20dB；
设存在两个干扰源，且第一干扰源1仅依赖与角度，其干扰角度为θ1＝20°，第二干扰源2依赖于角度和距离，其干扰角度和距离分别为θ0＝45°和R0＝40Km，干噪比JNR＝30dB。
上述仿真参数如表1所示：
表格1 系统仿真参数
2.仿真内容：
仿真1，在上述仿真参数下，采用本发明方法，对功率谱进行仿真，结果如图3所示。
由图3可以看出，目标信号与第二干扰2的功率谱呈现出距离-角度耦合特性，而第一干扰1的功率谱仿真图只依赖于角度。
仿真2，在上述仿真参数下，采用本发明方法，对接收波束方向图进行仿真，结果如图4所示。
由图4可以看出，本发明频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方向图不仅是角度的函数，而且与距离有关，且方向图在期望的距离和角度处形成主瓣，而在干扰处形成零陷，表明本发明具有抑制与距离相关的干扰的能力。
上述仿真验证了本发明的正确性、有效性和可靠性。

Claims (5)

1.频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，包括：
(1)在共址等距线阵的各发射阵元间引入频率间隔Δf，得到频率分集阵列第m个发射阵元的发射信号频率：
fm＝f0+(m-1)Δf,m＝1,2,…,M
其中，M为发射阵元数目，f0为第一个天线，即参考天线的载频；
(2)根据发射信号总能量E和频率分集阵列的发射信号频率fm，得到第m个发射阵元的发射信号：
<mrow> <msub> <mi>s</mi> <mi>m</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <mi>E</mi> <mi>M</mi> </mfrac> </msqrt> <msub> <mi>&amp;phi;</mi> <mi>m</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>exp</mi> <mo>{</mo> <mi>j</mi> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;pi;f</mi> <mi>m</mi> </msub> <mi>t</mi> <mo>}</mo> </mrow>
其中，E为发射信号总能量，φm(t)为第m个阵元发射波形，j表示虚数，t为传播时间；
(3)获得频率分集阵列接收端回波信号：
(3a)获得接收端第n个阵元的接收信号：
<mrow> <msub> <mi>y</mi> <mi>n</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi> </munderover> <msub> <mi>y</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，ym,n(t)为第n个阵元接收由第m个阵元所发射的信号,n＝1,2,…,N，N为接收阵元天线数目；
(3b)构建发射导向矢量aL(θ,R)和接收导向矢量aR(θ)：
<mrow> <msub> <mi>a</mi> <mi>R</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>d</mi> <mi>R</mi> </msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> <mi>c</mi> </mfrac> </mrow> </msup> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>d</mi> <mi>R</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> <mi>c</mi> </mfrac> </mrow> </msup> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> <mo>,</mo> </mrow>
其中θ代表角度，R代表距离，dL、dR分别为发射、接收阵元间距，符号⊙为哈达玛Hadamard积，符号[·]T表示转置运算；
(3c)将接收端各个阵元接收的信号表示为如下矩阵形式：
<mrow> <mi>Y</mi> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;xi;a</mi> <mi>R</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msubsup> <mi>a</mi> <mi>L</mi> <mi>T</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>,</mo> <mi>R</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>&amp;Phi;</mi> </mrow>
其中，Φ为各个阵元发射波形的矩阵，ξ为反射系数；
(3d)根据(3c)获得接收端的合成回波信号表达式：
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其中S为接收的目标信号矩阵，θ0和R0分别为目标所在角度和距离，J为接收的干扰信号矩阵，θi和Ri分别为第i个干扰源所在角度和距离，D为干扰源数目，N为高斯白噪声，ξs和ξi分别为目标信号和干扰的反射系数；
(3e)将合成回波信号X经过M路波形匹配后，再进行矢量输出，得到接收信号的快拍矢量y；
(4)根据(3e)中的接收信号矢量y进行波束形成：
(4a)根据(3e)中的接收信号矢量y计算干扰加噪声协方差矩阵：
<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>D</mi> </munderover> <msubsup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>a</mi> <mi>H</mi> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>n</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mi>I</mi> </mrow>
其中 是第i个干扰的功率，为噪声协方差矩阵，符号是克罗内克Kronecker积；
(4b)根据干扰加噪声协方差矩阵Q，得到最小方差无失真响应的解：
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(4c)根据最小方差无失真响应的解w，得到与距离、角度有关的接收波束方向图：
f(θ,R)＝wTa(θ,R)
其中 <mrow> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>,</mo> <mi>R</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>R</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CircleTimes;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>L</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>,</mo> <mi>R</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>
2.根据权利要求1所述的频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，其中步骤(2)中的第m个阵元发射波形为φm(t)，它与其他阵元发射的波形相互正交，即与第k个阵元发射的波形φk(t)正交，该正交关系的表达式如下：
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其中Tp为脉冲宽度，k＝1,2,…,M,符号[·]*为共轭运算。
3.根据权利要求1所述的频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，其中步骤(3a)中的第n个阵元接收由第m个阵元所发射的信号ym，n(t)，其表达式为：
<mrow> <msub> <mi>y</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <mi>E</mi> <mi>M</mi> </mfrac> </msqrt> <msub> <mi>&amp;phi;</mi> <mi>m</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>exp</mi> <mo>{</mo> <mi>j</mi> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;pi;f</mi> <mi>m</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>}</mo> </mrow>
其中τm,n为雷达信号发射、接收双程时延，其表达式为：
<mrow> <msub> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>R</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>L</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>+</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>R</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>R</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>c</mi> </mfrac> </mrow>
其中θ代表角度，R代表距离，dL和dR分别为发射、接收阵元间距，c为光速。
4.根据权利要求1所述的频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，其中步骤(3e)中的接收信号快拍矢量y，其表达式为：
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mi>v</mi> <mi>e</mi> <mi>c</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>B</mi> </mfrac> <msup> <mi>X&amp;Phi;</mi> <mi>H</mi> </msup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;xi;</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>a</mi> <mi>R</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CircleTimes;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>L</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>D</mi> </munderover> <mrow> <msub> <mi>&amp;xi;</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>a</mi> <mi>R</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mo>&amp;CircleTimes;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>L</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>g</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中B为采样快拍数，g是零均值高斯白噪声，符号是克罗内克Kronecker积。
5.根据权利要求1所述的频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法，其中步骤(4b)中根据干扰加噪声协方差矩阵Q，得到的最小方差无失真响应的解w，是通过解如下最小方差无失真响应方程组得到：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <munder> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> <mi>w</mi> </munder> <mo>{</mo> <msup> <mi>w</mi> <mi>H</mi> </msup> <mi>Q</mi> <mi>w</mi> <mo>}</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msup> <mi>w</mi> <mi>H</mi> </msup> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>,</mo> <mi>R</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中 <mrow> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>,</mo> <mi>R</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>R</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CircleTimes;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>L</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>,</mo> <mi>R</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106054144B (zh) * 2016-07-29 2018-05-04 西安电子科技大学 基于频率分集mimo雷达的主瓣压制式干扰抑制方法
CN106324568A (zh) * 2016-08-09 2017-01-11 电子科技大学 一种非线性频率增量的分布阵雷达的发射波束形成方法
CN106529440B (zh) * 2016-11-02 2019-08-13 西安电子科技大学 相干频率分集阵雷达分段匹配滤波方法
CN106970534A (zh) * 2017-05-26 2017-07-21 海南大学 一种两输入两输出网络解耦控制系统未确知时延imc方法
CN107657070B (zh) * 2017-07-31 2021-05-25 西安电子科技大学 基于遗传算法频率分集共形阵列波束的解耦合方法及天线
CN108594186B (zh) * 2017-08-25 2020-04-07 西安电子科技大学 Fda-mimo雷达抑制主瓣欺骗式干扰的方法
CN107656257B (zh) * 2017-09-28 2021-03-23 西安电子科技大学 一种弹载mimo雷达波形协方差矩阵的优化设计方法
CN108196239B (zh) * 2018-01-18 2022-03-18 西安电子科技大学 一种频率分集mimo雷达的无模糊参数估计方法
CN108776337B (zh) * 2018-04-24 2021-11-05 桂林电子科技大学 Mimo-fda探地雷达近目标二维成像方法
CN108919205B (zh) * 2018-07-12 2022-07-08 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 基于辅助阵元的频率分集阵列欺骗干扰抑制方法
CN109633572B (zh) * 2018-12-20 2022-09-06 桂林电子科技大学 基于频率分集阵列的复杂环境定点干扰信号设计方法
CN109901149B (zh) * 2019-03-25 2022-10-28 西安电子科技大学 一种基于fda-mimo雷达的目标参数估计方法
CN109917340B (zh) * 2019-04-25 2023-05-09 浙江力邦合信智能制动系统股份有限公司 一种mimo雷达波形调制解调方法
CN110346764B (zh) * 2019-08-21 2022-03-29 上海无线电设备研究所 一种mimo雷达目标距离角度解耦方法
CN110687937B (zh) * 2019-10-14 2021-09-28 东北大学 基于多变量广义最小方差解耦控制的水箱液位控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104297734A (zh) * 2014-10-20 2015-01-21 西安电子科技大学 基于频率分集阵列的mimo雷达的欺骗式干扰抑制方法
CN104931948A (zh) * 2015-05-25 2015-09-23 西安电子科技大学 基于普通波束扫描的fda雷达第一种接收方案改进方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104297734A (zh) * 2014-10-20 2015-01-21 西安电子科技大学 基于频率分集阵列的mimo雷达的欺骗式干扰抑制方法
CN104931948A (zh) * 2015-05-25 2015-09-23 西安电子科技大学 基于普通波束扫描的fda雷达第一种接收方案改进方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Joint Range and Angle Estimation Using MIMO Radar With Frequency Diverse Array;Jingwei Xu et al.;《IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING》;20150701;第63卷(第13期);第3396-3409页 *
一类最小方差无失真响应波束的形成方法;邵朝 等;《西安邮电大学学报》;20140531;第19卷(第3期);第22-25页 *

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