CN110346764A - 一种mimo雷达目标距离角度解耦方法 - Google Patents
一种mimo雷达目标距离角度解耦方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110346764A CN110346764A CN201910772791.2A CN201910772791A CN110346764A CN 110346764 A CN110346764 A CN 110346764A CN 201910772791 A CN201910772791 A CN 201910772791A CN 110346764 A CN110346764 A CN 110346764A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mimo radar
- particle
- indicate
- signal
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/28—Details of pulse systems
- G01S7/2813—Means providing a modification of the radiation pattern for cancelling noise, clutter or interfering signals, e.g. side lobe suppression, side lobe blanking, null-steering arrays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/42—Diversity systems specially adapted for radar
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
- G06N3/004—Artificial life, i.e. computing arrangements simulating life
- G06N3/006—Artificial life, i.e. computing arrangements simulating life based on simulated virtual individual or collective life forms, e.g. social simulations or particle swarm optimisation [PSO]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Biophysics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Computational Linguistics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法,包含:S1、计算具有一维线阵天线阵面MIMO雷达系统的模糊函数;S2、获取MIMO雷达和、差波束信号;S3、计算振幅和差单脉冲测角误差信号;S4、求解距离角度解耦的频率编码条件;S5、定义粒子群优化算法初始化参数;S6、更新粒子位置、速度矢量;S7、更新粒子当前最优位置矢量;S8、更新粒子全局最优位置矢量;S9、判断迭代次数是否达到最大迭代次数,若是,则执行步骤S10,若否,则重复S6~S9,直至退出迭代;S10、配置MIMO雷达发射信号的频率编码。本发明实现了MIMO雷达距离角度模糊度图的解耦,避免了两维测量误差耦合引起的附加误差,确保了MIMO雷达的距离、角度分辨能力,增强了工程实际中的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于雷达信号处理领域,特别涉及一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法。
背景技术
多输入多输出(Multiple-input-multiple-output,MIMO)雷达的发射频率间隔与脉冲宽度满足一定条件,形成正交波形发射,具有宽波束能力,能够实现宽波束探测,并利用正交波形在发射信号空间不合成的特点,有效降低了被侦察、截获和干扰概率。之后在接收端通过综合处理,可获得高的距离和角度分辨率。
目前,常用的正交发射波形为正交频率编码的线性调频信号,但在采用此种发射波形的MIMO雷达中,若采用线性频率编码,则其距离-角度维模糊度图为“斜刀刃”,存在距离-角度耦合现象,任意一维参数的测量误差将耦合到另一维度中,并带来附加的测量误差。
现有技术中:发明专利申请(CN105699953A,频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法)提供了一种频率分集MIMO雷达距离-角度解耦合波束形成方法,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。该方法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,可用于目标的距离一角度联合检测。但频率分集MIMO雷达需要对MIMO正交发射波形进行载频偏移操作,这对MIMO波形正交性的影响未知,无法保证后级信号处理的性能。
发明专利申请(CN105785328A,基于子阵划分的FDA距离-角度解耦合波束形成方法)提供了一种基于子阵划分的FDA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实现距离-角度解耦合波束形成的问题。该方法改变了波束主瓣的指向,实现距离-角度二维解耦合波束形成,大大提高了波束控制的灵活性。但该方法得到的距离维、角度维的分辨率都难以满足实际系统的性能指标。
2013年第3期《信号处理》杂志中公开的文献《双基地MIMO雷达搜索处理方法研究》针对步进频分线性调频信号的距离角度耦合现象,研究了双基地MIMO雷达简化的搜索处理结构,根据距离-角度耦合效应提出了一种搜索距离段划分方式,将发射阵列间的空间频率偏差限制在一定范围内,可降低匹配滤波处理输出的损失,实现了低复杂度的双基地MIMO雷达搜索方式。但该方法中为对距离角度耦合进行解耦处理,无法保证雷达的空间分辨力。
2018年电子科技大学博士学位论文中公开的文献《频控阵发射波束形成及其应用方法研究》针对波束图的距离角度耦合问题,对相控阵中每个阵元的载频添加小频偏后,使天线阵元按时间依次发送多个载波,进一步提高频率上的自由度,通过每个频率上设计的加权矢量综合得到点型波束图,从而达到去耦合的目的。但该方法应用到实际雷达系统中时,由每个阵元上引入的小频偏会引起波束图的时变,无法得到稳定的探测波束。即使从原理上实现了解耦,也无法完成对目标距离、角度的可靠探测。
由上可知,针对MIMO雷达中距离-角度耦合问题,现有文献及专利中解耦方法无法提供较好的工程化解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于粒子群优化法的MIMO雷达距离角度解耦方法,针对采用正交频率编码线性调频信号的MIMO雷达,从MIMO模糊函数及雷达测角方法出发,研究频率编码对距离角度耦合性的影响,并采用基于粒子群优化的方法实现最优频率编码的选取,实现了MIMO雷达距离角度模糊度图的解耦,避免了两维测量误差耦合引起的附加误差,确保了MIMO雷达的距离、角度分辨能力。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案实现:
一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法,包含以下步骤:S1、提供具有一维线阵天线阵面MIMO雷达系统的模糊函数;S2、获取MIMO雷达和波束信号与差波束信号;S3、计算振幅和差单脉冲测角误差信号;S4、求解距离角度解耦的频率编码条件;S5、定义粒子群优化算法初始化参数;S6、更新粒子位置矢量和速度矢量;S7、更新粒子当前最优位置矢量;S8、更新粒子全局最优位置矢量;S9、判断是否满足迭代退出条件,若是,则执行步骤S10,若否,则跳转至步骤S6,重复步骤S6~S9,直至满足迭代退出条件;其中,迭代退出条件为迭代次数达到定义的最大迭代次数;S10、配置MIMO雷达发射信号的频率编码。
优选地,所述步骤S1中,所述模糊函数为:
式中,
一维天线阵面具有N个阵元,第k个阵元发射信号频率为fk,各路天线间的频率间隔为Δf,fk=f0+mk·Δf,f0为载频,mk为第k个阵元的发射信号频率编码,且mk∈{-(N-1)/2,...,0,...,(N-1)/2};
表示N×N的空时协方差函数矩阵;τk,l(p1)表示从MIMO雷达第k个发射阵元发射的信号在位置p1处反射后,由MIMO雷达第l个接收阵元接收到为止,这整个过程持续的时间;τk,l(p2)表示从MIMO雷达第k个发射阵元发射的信号在位置p2处反射后,由MIMO雷达第l个接收阵元接收到为止,这整个过程持续的时间;fd1表示p1位置处目标的多普勒频率,fd2表示p2位置处目标的多普勒频率;表示每个接收机中匹配滤波器组的第个匹配滤波器;sk表示第k个发射信号的复包络;γk,l(Θ1)表示目标运动的拉伸因子,且γk,l(Θ)=1+fk,l(Θ)/f0;t表示系统时间;表示sk的共轭信号;表示第个匹配滤波器与第l个接收阵元所构成通道内的拉伸因子;表示发射信号打到位置处p2时,第个匹配滤波器与第l个接收阵元所构成通道内的时延;
参数M为参量,表征fk,l(Θ1)表示发射信号打到位置Θ1处,由第k个发射阵元与第l个接收阵元阵构成通道内由目标运动引起的多普勒频移;表示发射信号打到位置Θ2处,由第个匹配滤波器第l个接收阵元阵构成通道内由目标运动引起的多普勒频移。
优选地,所述步骤S2中,在(R,θ+σθ)、(R,θ-σθ)两个方向上的波束信号为:
其中,R表示距离;θ表示角度;R0为目标距离,θ0为期望信号方向,F(R,θ±σθ)表征在期望信号方向附近的两个波束信号,σθ表征波束指向偏离角;wH(R,θ±σθ)表示在距离为R、角度分别为θ±σθ位置处,天线阵面权重系数的数的共轭转置值;;a为导向矢量,ΔR为距离偏差,Δθ为角度偏差,dk为一维线阵中第k个阵元距离一维线阵参考原点的距离,c为光速;
MIMO雷达和波束信号为:
MIMO雷达差波束信号为:
优选地,所述步骤S3中,计算的振幅和差单脉冲测角误差信号为:
优选地,所述步骤S4中,令式(5)中ΔR的系数为0,得到下式(6),为:
其中,fk=f0+mk·Δf,代入式中(6),获取关系如下:
当且仅当满足式(7-1)时才能保证距离与角度不发射耦合,式(7-1)如下:
基于式(7-1),可得到MIMO雷达距离角度解耦的频率编码条件如下:
优选地,步骤S5中,定义参数搜索空间Ω、维数D、粒子数目Ns、最大迭代次数Kmax、粒子位置矢量ξi(k)和粒子搜索速度矢量vi(k),k=1,2,…,Kmax为迭代次数,i为粒子索引号,且i=1,2,…,Ns;令粒子初始位置ξi(1)在Ω中均匀分布。
优选地,所述步骤S6中,更新的粒子位置ξi(k+1)和速度矢量vi(k+1)分别为:
vi(k+1)=ω·vi(k)+c1·p1·(bi(k)-ξi(k))+c2·p2·(h(k)-ξi(k)) (9)
ξi(k+1)=ξi(k)+vi(k) (10)
式中,ω为惯性权系数,ω设为随迭代次数线性减少,由0.95线性减少到0.35;p1和p2为两个独立的均匀分布随机数,且均服从U(0,1);c1和c2为(0,2]区间内的常数;bi(k)为粒子个体自身最优位置,初始值为粒子初始位置;h(k)为所有粒子中全局最优位置,为:
式(11)中,fobj(·)的值为式(8)中Q的值,即:
fobj(x)=Q(x) (12)。
优选地,所述步骤S7中,更新的粒子当前最优位置矢量为:
优选地,所述步骤S8中,将式(13)中bi(k+1)代入式(11),实现粒子全局最优位置矢量的更新,得到更新结果
优选地,所述步骤S10中,将粒子群优化算法得到的频率编码,并将该编码代入到步骤S1得到的模糊函数中,确定MIMO雷达发射信号频率并验证距离角度实现了解耦。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:本发明通过MIMO雷达模糊函数及测角方法分析,研究频率编码对距离角度耦合性的影响,得到MIMO雷达距离角度解耦的频率编码条件,并采用基于粒子群优化的方法实现最优频率编码的选取,实现了MIMO雷达距离角度模糊度图的解耦,避免了两维测量误差耦合引起的附加误差,确保了MIMO雷达的距离、角度分辨能力,进一步增强了工程实际中的应用价值。
附图说明
图1是本发明的算法实现流程图;
图2是本发明中MIMO雷达一维天线阵列示意图;
图3是未使用本发明的MIMO雷达距离角度模糊度图;
图4是使用本发明的MIMO雷达距离角度模糊度图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示,本发明提供了一种用于具有一维线阵天线阵面的MIMO雷达距离角度解耦方法,该方法包含以下步骤:
S1、首先给出具有一维线阵天线阵面MIMO雷达系统的模糊函数。
模糊函数为:
其中,一维天线阵面具有N个阵元,第k个阵元发射信号频率为fk,各路天线间的频率间隔为Δf,则fk=f0+mk·Δf,f0为载频,mk为第k个阵元的发射信号频率编码,且mk∈{-(N-1)/2,...,0,...,(N-1)/2};
表示N×N的空时协方差函数矩阵;τk,l(p1)表示从MIMO雷达第k个发射阵元发射的信号在位置p1处反射后,由MIMO雷达第l个接收阵元接收到为止,这整个过程持续的时间;τk,l(p2)表示从MIMO雷达第k个发射阵元发射的信号在位置p2处反射后,由MIMO雷达第l个接收阵元接收到为止,这整个过程持续的时间;fd1表示p1位置处目标的多普勒频率,fd2表示p2位置处目标的多普勒频率;表示每个接收机中匹配滤波器组的第个匹配滤波器;sk表示第k个发射信号的复包络;γk,l(Θ1)表示目标运动的拉伸因子,且γk,l(Θ)=1+fk,l(Θ)/f0;t表示系统时间;表示sk的共轭信号;表示第个匹配滤波器与第l个接收阵元所构成通道内的拉伸因子;表示发射信号打到位置处p2时,第个匹配滤波器与第l个接收阵元所构成通道内的时延;参数M为参量,表征用来简化公式;fk,l(Θ1)表示发射信号打到位置Θ1处,由第k个发射阵元与第l个接收阵元阵构成通道内由目标运动引起的多普勒频移;表示发射信号打到位置Θ2处,由第个匹配滤波器第l个接收阵元阵构成通道内由目标运动引起的多普勒频移。
S2、获取MIMO雷达和、差波束信号。
所述步骤S2中,在(R,θ+σθ)、(R,θ-σθ)两个方向上的波束信号为:
其中,
根据比幅测角原理,令R=R0+ΔR,θ=θ0+Δθ,以上几个式子联立,同时考虑到Δθ与σθ为小量,利用Taylor二阶近似,求解可得式(2)中的结果;
式(2)中,R表示距离;θ表示角度;R0为目标距离,θ0为期望信号方向,F(R,θ±σθ)表征了在期望信号方向附近的两个波束信号;σθ表征了波束指向偏离角;w为权重系数;wH(R,θ±σθ)表示在距离为R、角度分别为θ±σθ位置处,天线阵面权重系数的数的共轭转置值;a为导向矢量;ΔR为距离偏差;Δθ为角度偏差;a(R0,θ0)表示距离为R0,角度为θ0位置处的天线阵面导向矢量;dk为一维线阵中第k个阵元距离一维线阵参考原点的距离;c为光速。
按照上述波束信号表达式(2),MIMO雷达和波束信号为:
以及,MIMO雷达差波束信号为:
S3、计算振幅和差单脉冲测角误差信号,得到:
具体推导如下所示:
令Ak=2πfkdksinθ0/c,Bk=2πfkΔR/c+AkΔθ
式中,fp为推导过程中用于区分两个求和项相乘的参量。
从式(5)可以看出,测角误差信号Ε(Δθ)与距离偏差ΔR有关,即距离角度测量发生耦合现象。
S4、求解距离角度解耦的频率编码条件。
所述步骤S4中,令式(5)中ΔR的系数为0,得到下式(6),为:
其中,fk=f0+mk·Δf,代入式中(6),获取关系如下:
具体地:p、k都是表征序号的参量,两者等价,也即同样有:fp=f0+mp·Δf;
同时,因为存在:其中,mp∈{-(N-1)/2,...,0,...,(N-1)/2},则并将fk=f0+mk·Δf代入式(6)中得到公式(7)。
化简整理可知,当且仅当满足式(7-1)时,才能保证距离与角度不发射耦合。式(7-1)如下:
因此,基于式(7-1),可得到MIMO雷达距离角度解耦的频率编码条件如下:
S5、定义粒子群优化算法初始化参数。
所述步骤S5中,定义参数搜索空间Ω、维数D、粒子数目Ns、最大迭代次数Kmax、粒子位置矢量ξi(k)和粒子搜索速度矢量vi(k),k=1,2,…,Kmax分别为迭代次数,i为粒子索引号,且i=1,2,…,Ns;令粒子初始位置ξi(1)在Ω中均匀分布。
S6、更新粒子位置ξi(k+1)、速度矢量vi(k+1):
vi(k+1)=ω·vi(k)+c1·p1·(bi(k)-ξi(k))+c2·p2·(h(k)-ξi(k)) (9)
ξi(k+1)=ξi(k)+vi(k) (10)
式(9)中,ω为惯性权系数,ω设为随迭代次数线性减少,由0.95线性减少到0.35,p1和p2为两个独立的均匀分布随机数,且均服从U(0,1),c1和c2为(0,2]区间内的常数,bi(k)为粒子个体自身最优位置,初始值为粒子初始位置,h(k)为所有粒子中全局最优位置,即
式(11)中,fobj(·)的值为式(8)中Q的值,即
fobj(x)=Q(x) (12)
S7、更新粒子当前最优位置矢量:
S8、更新粒子全局最优位置矢量。
将式(13)中bi(k+1)代入式(11)实现粒子全局最优位置矢量的更新,得到更新结果
S9、判断是否满足迭代退出条件,若是,则执行步骤S10,若否,则跳转至步骤S6,重复进行步骤S6~S9,直至满足迭代退出条件。其中,迭代退出条件为迭代次数达到Kmax。
S10、配置MIMO雷达发射信号的频率编码。
所述步骤S10中,将粒子群优化算法得到的频率编码配置到MIMO雷达的每个辐射单元中,实现MIMO雷达距离角度模糊函数的解耦。
其中,由于步骤S2-S9通过粒子群算法对频率编码mk进行优化,其中mk∈{-(N-1)/2,...,0,...,(N-1)/2},通过粒子群优化算法处理后,得到N个值,依次为m1,m2,...,mN,将这N个值顺序配置到阵元1,2,...N上,得到每个阵元发射波形的发射频率fk,由此完成对MIMO雷达辐射单元频率编码的配置。即本发明通过步骤S2~S9得到优化后的频率编码,将此编码代入到步骤1得到的模糊函数中,一方面确定了MIMO雷达发射信号频率,另一方面也通过模糊函数得到的模糊度图,验证距离角度实现了解耦。
本发明可以通过以下实验进一步说明。图2为本发明中使用的一维天线阵列示意图,MIMO雷达工作频率为f0=2GHz,一维天线阵列中的阵元数目N=10,阵元间隔d=0.075m,且dk=kd,k为阵元号;信号为线性调频脉冲,脉冲宽度为100ms,调频带宽为500kHz,发射载频的频差Δf=500kHz,目标初始距离R0=40km,角度为θ0=40°,多普勒频率为5kHz。
将图3、图4进行对比,可以看出,未使用本发明解耦方法时,图3中距离角度模糊度图出现斜椭圆状,表明距离与角度发生耦合。在使用本发明解耦方法后,图4中的距离角度模糊度图呈现较好的正椭圆状,说明距离角度耦合度得到了较好的解除。
综上所述,本发明通过MIMO雷达模糊函数及测角方法分析,研究频率编码对距离角度耦合性的影响,得到MIMO雷达距离角度解耦的频率编码条件,并采用基于粒子群优化的方法实现最优频率编码的选取,实现了MIMO雷达距离角度模糊度图的解耦,避免了两维测量误差耦合引起的附加误差,确保了MIMO雷达的距离、角度分辨能力,进一步增强了工程实际中的应用价值。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种MIMO雷达目标距离角度解耦方法,其特征在于,包含以下步骤:
S1、提供具有一维线阵天线阵面MIMO雷达系统的模糊函数;
S2、获取MIMO雷达和波束信号与差波束信号;
S3、计算振幅和差单脉冲测角误差信号;
S4、求解距离角度解耦的频率编码条件;
S5、定义粒子群优化算法初始化参数;
S6、更新粒子位置矢量和速度矢量;
S7、更新粒子当前最优位置矢量;
S8、更新粒子全局最优位置矢量;
S9、判断是否满足迭代退出条件,若是,则执行步骤S10,若否,则跳转至步骤S6,重复步骤S6~S9,直至满足迭代退出条件;其中,迭代退出条件为迭代次数达到定义的最大迭代次数;
S10、配置MIMO雷达发射信号的频率编码。
2.如权利要求1所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法,其特征在于,所述步骤S1中,所述模糊函数为:
式中,
一维天线阵面具有N个阵元,第k个阵元发射信号频率为fk,各路天线间的频率间隔为Δf,fk=f0+mk·Δf,f0为载频,mk为第k个阵元的发射信号频率编码,且mk∈{-(N-1)/2,...,0,...,(N-1)/2};表示N×N的空时协方差函数矩阵;τk,l(p1)表示从MIMO雷达第k个发射阵元发射的信号在位置p1处反射后,由MIMO雷达第l个接收阵元接收到为止,这整个过程持续的时间;τk,l(p2)表示从MIMO雷达第k个发射阵元发射的信号在位置p2处反射后,由MIMO雷达第l个接收阵元接收到为止,这整个过程持续的时间;fd1表示p1位置处目标的多普勒频率,fd2表示p2位置处目标的多普勒频率;表示每个接收机中匹配滤波器组的第个匹配滤波器;sk表示第k个发射信号的复包络;γk,l(Θ1)表示目标运动的拉伸因子,且γk,l(Θ)=1+fk,l(Θ)/f0;t表示系统时间;表示sk的共轭信号;表示第个匹配滤波器与第l个接收阵元所构成通道内的拉伸因子;表示发射信号打到位置处p2时,第个匹配滤波器与第l个接收阵元所构成通道内的时延;
参数M为参量,表征fk,l(Θ1)表示发射信号打到位置Θ1处,由第k个发射阵元与第l个接收阵元阵构成通道内由目标运动引起的多普勒频移;表示发射信号打到位置Θ2处,由第个匹配滤波器第l个接收阵元阵构成通道内由目标运动引起的多普勒频移。
3.如权利要求2所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法,其特征在于,所述步骤S2中,在(R,θ+σθ)、(R,θ-σθ)两个方向上的波束信号为:
其中,R表示距离;θ表示角度;R0为目标距离,θ0为期望信号方向,F(R,θ±σθ)表征在期望信号方向附近的两个波束信号,σθ表征波束指向偏离角;wH(R,θ±σθ)表示在距离为R、角度分别为θ±σθ位置处,天线阵面权重系数的数的共轭转置值;a为导向矢量,ΔR为距离偏差,Δθ为角度偏差,dk为一维线阵中第k个阵元距离一维线阵参考原点的距离,c为光速;
MIMO雷达和波束信号为:
MIMO雷达差波束信号为:
4.如权利要求3所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法,其特征在于,所述步骤S3中,计算的振幅和差单脉冲测角误差信号为:
5.如权利要求4所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法,其特征在于,所述步骤S4中,令式(5)中ΔR的系数为0,得到下式(6),为:
其中,fk=f0+mk·Δf,代入式中(6),获取关系如下:
当且仅当满足式(7-1)时才能保证距离与角度不发射耦合,式(7-1)如下:
基于式(7-1),可得到MIMO雷达距离角度解耦的频率编码条件如下:
6.如权利要求5所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法,其特征在于,所述步骤S5中,定义参数搜索空间Ω、维数D、粒子数目Ns、最大迭代次数Kmax、粒子位置矢量ξi(k)和粒子搜索速度矢量vi(k),k=1,2,…,Kmax为迭代次数,i为粒子索引号,且i=1,2,…,Ns;令粒子初始位置ξi(1)在Ω中均匀分布。
7.如权利要求6所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法,其特征在于,所述步骤S6中,更新的粒子位置ξi(k+1)和速度矢量vi(k+1)分别为:
vi(k+1)=ω·vi(k)+c1·p1·(bi(k)-ξi(k))+c2·p2·(h(k)-ξi(k)) (9)
ξi(k+1)=ξi(k)+vi(k) (10)
式中,ω为惯性权系数,ω设为随迭代次数线性减少,由0.95线性减少到0.35;p1和p2为两个独立的均匀分布随机数,且均服从U(0,1);c1和c2为(0,2]区间内的常数;bi(k)为粒子个体自身最优位置,初始值为粒子初始位置;h(k)为所有粒子中全局最优位置,为:
式(11)中,fobj(·)的值为式(8)中Q的值,即:
fobj(x)=Q(x) (12)。
8.如权利要求7所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法,其特征在于,所述步骤S7中,更新的粒子当前最优位置矢量为:
9.如权利要求8所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法,其特征在于,所述步骤S8中,将式(13)中bi(k+1)代入式(11),实现粒子全局最优位置矢量的更新,得到更新结果
10.如权利要求9所述的MIMO雷达目标距离角度解耦方法,其特征在于,所述步骤S10中,将粒子群优化算法得到的频率编码,并将该编码代入到步骤S1得到的模糊函数中,确定MIMO雷达发射信号频率并验证距离角度实现了解耦。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910772791.2A CN110346764B (zh) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | 一种mimo雷达目标距离角度解耦方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910772791.2A CN110346764B (zh) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | 一种mimo雷达目标距离角度解耦方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110346764A true CN110346764A (zh) | 2019-10-18 |
CN110346764B CN110346764B (zh) | 2022-03-29 |
Family
ID=68180924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910772791.2A Active CN110346764B (zh) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | 一种mimo雷达目标距离角度解耦方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110346764B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111352079A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-06-30 | 湖北工业大学 | 一种基于频控阵mimo雷达的低截获系统的设计方法 |
CN112698324A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-23 | 南京工业职业技术大学 | 一种调频步进雷达的和差单脉冲测角方法 |
CN112986989A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-18 | 西安电子科技大学 | 基于遗传算法的正交相位编码信号抑制距离模糊的方法 |
CN113466802A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-01 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 基于粒子群算法与最优波束合成方法的距离模糊抑制方法 |
CN113791392A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-12-14 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于频控阵对全向比幅单脉冲测向系统的欺骗方法 |
Citations (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1866763A (zh) * | 2006-05-11 | 2006-11-22 | 上海交通大学 | 基于粒子滤波的信道估计方法 |
CN104201458A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-12-10 | 上海无线电设备研究所 | 星载雷达对航天器平台扰动实时补偿解耦方法及补偿解耦系统 |
WO2016045938A1 (de) * | 2014-09-23 | 2016-03-31 | Robert Bosch Gmbh | Mimo-radarvorrichtung zum entkoppelten bestimmen eines elevationswinkels und eines azimutwinkels eines objekts und verfahren zum betreiben einer mimo-radarvorrichtung |
US20160131742A1 (en) * | 2013-06-25 | 2016-05-12 | Robert Bosch Gmbh | Angle-resolving fmcw radar sensor |
CN105699953A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-06-22 | 西安电子科技大学 | 频率分集mimo雷达距离-角度解耦合波束形成方法 |
CN105785328A (zh) * | 2016-03-15 | 2016-07-20 | 西安电子科技大学 | 基于子阵划分的fda距离-角度解耦合波束形成方法 |
CN105974388A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-09-28 | 西安电子科技大学 | 基于距离-方位耦合的双基地mimo雷达信号处理方法 |
CN106353744A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-01-25 | 中国人民解放军信息工程大学 | 基于双基地fda‑mimo雷达的多参数联合估计方法 |
CN106646394A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-05-10 | 湖北工业大学 | 一种fda‑mimo雷达中基于循环优化的发射波束矩阵设计方法 |
CN107290730A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-10-24 | 长江大学 | 互耦条件下双基地mimo雷达角度估算方法 |
CN107831480A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-03-23 | 西安电子科技大学 | 弹载雷达和差通道稳健自适应杂波抑制方法 |
CN108051784A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-18 | 上海无线电设备研究所 | 基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法 |
CN108196239A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-06-22 | 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 |
CN108701674A (zh) * | 2016-02-03 | 2018-10-23 | 高通股份有限公司 | 用于毫米波电路的紧凑旁路和解耦结构 |
CN108900235A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-27 | 西安电子科技大学 | 基于频率分集阵列点对点无线信号通信方法 |
CN109283497A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-01-29 | 西安电子科技大学 | 双基地fda-mimo雷达距离欺骗干扰识别方法 |
CN109901149A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-18 | 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 |
CN109991577A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-07-09 | 西安电子科技大学 | 基于fda-ofdm的低截获发射信号设计方法 |
CN110146871A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-08-20 | 西安电子科技大学 | 基于双频偏fda-mimo雷达的目标参数估计方法 |
-
2019
- 2019-08-21 CN CN201910772791.2A patent/CN110346764B/zh active Active
Patent Citations (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1866763A (zh) * | 2006-05-11 | 2006-11-22 | 上海交通大学 | 基于粒子滤波的信道估计方法 |
US20160131742A1 (en) * | 2013-06-25 | 2016-05-12 | Robert Bosch Gmbh | Angle-resolving fmcw radar sensor |
CN104201458A (zh) * | 2014-08-13 | 2014-12-10 | 上海无线电设备研究所 | 星载雷达对航天器平台扰动实时补偿解耦方法及补偿解耦系统 |
WO2016045938A1 (de) * | 2014-09-23 | 2016-03-31 | Robert Bosch Gmbh | Mimo-radarvorrichtung zum entkoppelten bestimmen eines elevationswinkels und eines azimutwinkels eines objekts und verfahren zum betreiben einer mimo-radarvorrichtung |
CN105699953A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-06-22 | 西安电子科技大学 | 频率分集mimo雷达距离-角度解耦合波束形成方法 |
CN108701674A (zh) * | 2016-02-03 | 2018-10-23 | 高通股份有限公司 | 用于毫米波电路的紧凑旁路和解耦结构 |
CN105785328A (zh) * | 2016-03-15 | 2016-07-20 | 西安电子科技大学 | 基于子阵划分的fda距离-角度解耦合波束形成方法 |
CN105974388A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-09-28 | 西安电子科技大学 | 基于距离-方位耦合的双基地mimo雷达信号处理方法 |
CN106353744A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-01-25 | 中国人民解放军信息工程大学 | 基于双基地fda‑mimo雷达的多参数联合估计方法 |
CN106646394A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-05-10 | 湖北工业大学 | 一种fda‑mimo雷达中基于循环优化的发射波束矩阵设计方法 |
CN107290730A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-10-24 | 长江大学 | 互耦条件下双基地mimo雷达角度估算方法 |
CN107831480A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-03-23 | 西安电子科技大学 | 弹载雷达和差通道稳健自适应杂波抑制方法 |
CN108051784A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-18 | 上海无线电设备研究所 | 基于先验知识的静止杂波环境动目标检测的波形优化方法 |
CN108196239A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-06-22 | 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 |
CN108900235A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-27 | 西安电子科技大学 | 基于频率分集阵列点对点无线信号通信方法 |
CN109283497A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-01-29 | 西安电子科技大学 | 双基地fda-mimo雷达距离欺骗干扰识别方法 |
CN109901149A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-18 | 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 |
CN109991577A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-07-09 | 西安电子科技大学 | 基于fda-ofdm的低截获发射信号设计方法 |
CN110146871A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-08-20 | 西安电子科技大学 | 基于双频偏fda-mimo雷达的目标参数估计方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
A.M.EL-GARHY.M.E.EL-SHIMY: ""Development of decoupling scheme for high order MIMO process based on PSO technique"", 《APPL INTELL》 * |
李敬军等: ""MIMO雷达中正交离散频率编码波形的设计"", 《信号处理》 * |
王哲: ""频控阵波束的距离角度依赖特性研究"", 《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》 * |
陈多芳等: ""双基MISO地波雷达中距离-方位耦合及解耦研究"", 《系统工程与电子技术》 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111352079A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-06-30 | 湖北工业大学 | 一种基于频控阵mimo雷达的低截获系统的设计方法 |
CN112698324A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-23 | 南京工业职业技术大学 | 一种调频步进雷达的和差单脉冲测角方法 |
CN112698324B (zh) * | 2020-12-07 | 2023-10-24 | 南京工业职业技术大学 | 一种调频步进雷达的和差单脉冲测角方法 |
CN112986989A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-18 | 西安电子科技大学 | 基于遗传算法的正交相位编码信号抑制距离模糊的方法 |
CN113466802A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-01 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 基于粒子群算法与最优波束合成方法的距离模糊抑制方法 |
CN113466802B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-06-09 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 基于粒子群算法与最优波束合成方法的距离模糊抑制方法 |
CN113791392A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-12-14 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于频控阵对全向比幅单脉冲测向系统的欺骗方法 |
CN113791392B (zh) * | 2021-08-05 | 2023-11-07 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于频控阵对全向比幅单脉冲测向系统的欺骗方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110346764B (zh) | 2022-03-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110346764A (zh) | 一种mimo雷达目标距离角度解耦方法 | |
US10771124B2 (en) | Virtual beam steering using MIMO radar | |
CN105785328B (zh) | 基于子阵划分的fda距离-角度解耦合波束形成方法 | |
US6768456B1 (en) | Electronically agile dual beam antenna system | |
CN111352078B (zh) | 杂波下基于admm的低截获频控阵mimo雷达系统的设计方法 | |
CN108693511B (zh) | 时分复用mimo雷达的运动目标角度计算方法 | |
KR20230021183A (ko) | 3d 프린트된 루네부르크 렌즈를 사용하는 새로운 차량 레이더 | |
CN108226871B (zh) | 基于毫米波避撞雷达的分集相控阵设计方法 | |
CN106848546A (zh) | 一种宽带双极化天线阵列装置及高分辨测向方法 | |
CN105717493A (zh) | 一种基于合成极化方法的被动雷达辐射源极化识别与测向系统 | |
CN109375213A (zh) | 基于子阵划分的频率分集阵列信号处理方法 | |
EP3306745B1 (en) | Sensor device | |
CN111352079B (zh) | 一种基于频控阵mimo雷达的低截获系统的设计方法 | |
CN111352077B (zh) | 基于多比例分式规划的低截获频控阵mimo雷达系统的设计方法 | |
Xu et al. | Range-angle matched receiver for coherent FDA radars | |
Heino et al. | Design of phased array architectures for full-duplex joint communications and sensing | |
KR20170127939A (ko) | 상호간섭효과를 보상한 원형 배열 안테나 기반의 도래각 추정 장치 및 추정 방법 | |
CN110794400A (zh) | 一种基于频控阵的地形匹配方法 | |
CN110879017B (zh) | 一种基于dbf的弹载探测装置 | |
CN113281732A (zh) | 一种基于空时编码的mimo雷达目标定位方法及系统 | |
CN113204017B (zh) | 一种基于lfmcw的mimo雷达信号处理方法 | |
CN110376586A (zh) | 一种基于层析原理的分布式mimo雷达动目标探测方法 | |
Ismail et al. | Design and analysis of a phased-MIMIO array antenna with frequency diversity | |
CN113820667A (zh) | 基于时间分集阵列的发射端波束形成方法 | |
CN109343045B (zh) | 一种应用于车载连续波雷达的单元级数字对消方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |