基于連通域劃分的統計mimo雷達多目標定位方法
【專利摘要】本發明提供一種基于連通域劃分的統計MIMO雷達多目標定位方法，采用兩步搜索的方法，且第二次搜索為某個較小的范圍內搜索，所以能以較低的搜索量得到較高的定位精度并實現多目標同時定位。并且本發明采用經過匹配濾波后信號作為量測數據，適用于在各個接收孔徑上分別獨立完成匹配濾波的統計MIMO雷達，并且考慮到實際雷達工作中目標的信息未知，將最大似然估計用廣義似然估計代替，性能較穩定且具有自適應特性。利用數據連通域分離各目標的位置坐標范圍，在此坐標范圍內重新搜索即得目標位置估計，能應用于統計MIMO雷達網絡系統的多目標定位領域。
【專利說明】基于連通域劃分的統計ΜΙΜΟ雷達多目標定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于雷達信號處理領域，涉及統計多輸入多輸出ΜΜ0雷達定位技術。
【背景技術】
[0002] ΜΙΜΟ雷達是近年來新體制雷達的研究熱點，它采用多個發射天線和多個接收天 線，各天線根據系統要求可以進行靈活布置，并且各發射天線可以同時發射完全正交或部 分相關的信號。其中統計ΜΜ0雷達的陣元間距較遠，滿足空間分集條件。通過合并不同觀 測角度的回波信號，統計ΜΜ0雷達可以抑制目標的RCS閃爍，獲得較大的空間分集增益，提 高了雷達的檢測性能和定位精度。
[0003] 現有的統計ΜΙΜΟ雷達高精度定位方法主要有基于點跡融合的定位法和基于原始 回波信號的信號級定位法。信號級定位法以原始基帶回波信號為量測值，計算關于待估計 參數（即目標的位置坐標）的似然函數，利用網格搜索法或最優化迭代算法在雷達監視范 圍（數據平面）內求解使似然函數最大的坐標位置，即為估計所得目標位置。這種方法的 相對點跡融合定位法的定位精度較高，且不受波束寬度和方位向分辨率的限制，但是它存 在一個問題：該方法僅適用于單目標場景，但在雷達實際監視環境中，常常會遇到多個目標 同時存在的情況，此場景下各目標位置對應的似然函數值退化為局部最大值，此時該定位 方法失效，而簡單的擴維高維搜索在目標數較多時計算量巨大，基本不可實現。
[0004] 另外，新型ΜΙΜΟ雷達檢測器的雜波抑制、匹配濾波等任務都可以在各個接收孔徑 上分別獨立地完成，從而降低了中心站處理的難度。傳統的信號級定位法使用的是原始基 帶回波信號而不是匹配濾波器后信號，不適用于這種新型ΜΙΜΟ雷達。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種適用于統計ΜΜ0雷達的易于實現的信 號級多目標定位方法。
[0006] 本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是，基于連通域劃分的統計ΜΜ0 雷達多目標定位方法，包括以下步驟：
[0007] 1、基于連通域劃分的統計ΜΙΜ0雷達多目標定位方法，其特征在于，包括以下步 驟：
[0008] 參數初始化步驟：初始化目標位置搜索范圍對應的數據平面、發射機個數、接收機 個數、各發射機接收機位置、各發射機的發射信號波形、各接收機的匹配濾波器波形、采樣 間隔、歸一化門限、各通道上目標附近干擾的協方差矩陣以及預設目標對應于各通道的多 普勒頻率；
[0009] 第一次似然函數搜索步驟：在初始化目標位置搜索范圍對應的數據平面上，計算 各網格點對應的各通道聯合對數似然函數值，遍歷完畢初始化目標位置搜索范圍對應的 數據平面后，再進行歸一化處理得到全數據平面的似然函數圖像L(x， y，ζ);
[0010] 二值化似然函數圖像步驟：對歸一化后的全數據平面的似然函數圖像L(x，y，ζ)做 二值化處理，網格點對應的各通道聯合對數似然函數值超過門限取1，低于門限的取0,得 到二值化后圖像B(x，y，z);
[0011] 第二次搜索范圍確定步驟：通過數據連通域對圖像B(X，y，z)進行搜索，確定屬性 滿足像素值為1的數據連通域，再進行雜散點刪除處理后，記錄每塊數據連通域在每個維 度上的上下界，連通域的個數即為目標個數，各塊數據連通域所在的立方體為各目標的二 次網格搜索范圍；
[0012] 第二次似然函數搜索步驟：在各目標的二次網格搜索范圍內重新計算該范圍內各 網格點的各通道聯合對數似然函數值，將每一個二次搜索范圍內似然函數的最大值所對應 的網格點坐標作為對應目標的估計位置；
[0013] 得到所述網格點對應的各通道聯合對數似然函數值的步驟為：
[0014] 1 :對于網格點（xgHd, y#id，z#id)計算各通道的回波時延；
[0015] 2 :計算網格點（xgrid, ygrid, zgrid)對應的匹配函數s lk(t):
[0016]
【權利要求】
1.基于連通域劃分的統計ΜΙΜΟ雷達多目標定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 參數初始化步驟：初始化目標位置搜索范圍對應的數據平面、發射機個數、接收機個 數、各發射機接收機位置、各發射機的發射信號波形、各接收機的匹配濾波器波形、采樣間 隔、歸一化門限、各通道上目標附近干擾的協方差矩陣以及預設目標對應于各通道的多普 勒頻率； 第一次似然函數搜索步驟：在初始化目標位置搜索范圍對應的數據平面上，計算各網 格點對應的各通道聯合對數似然函數值，遍歷完畢初始化目標位置搜索范圍對應的數據平 面后，再進行歸一化處理得到全數據平面的似然函數圖像L(X，y，ζ); 二值化似然函數圖像步驟：對歸一化后的全數據平面的似然函數圖像L(x，y，z)做二 值化處理，網格點對應的各通道聯合對數似然函數值超過門限取1，低于門限的取〇,得到 二值化后圖像B(x，y，z); 第二次搜索范圍確定步驟：通過數據連通域對圖像B(x，y，ζ)進行搜索，確定屬性滿足 像素值為1的數據連通域，再進行雜散點刪除處理后，記錄每塊數據連通域在每個維度上 的上下界，連通域的個數即為目標個數，各塊數據連通域所在的立方體為各目標的二次網 格搜索范圍； 第二次似然函數搜索步驟：在各目標的二次網格搜索范圍內重新計算該范圍內各網格 點的各通道聯合對數似然函數值，將每一個二次搜索范圍內似然函數的最大值所對應的網 格點坐標作為對應目標的估計位置； 得到所述網格點對應的各通道聯合對數似然函數值的步驟為： 1) 對于網格點（x#id，ygHd，zgHd)計算各通道的回波時延T： lk; 2) 計算網格點（xgiid，ygHd，zgHd)對應的匹配函數4(0:
其中，*為卷積運算，sk(t)為發射機的發射信號波形，t為時間變量，Tlk為第lk通道 的回波時延τ lk，第lk通道為第1個接收機收到的來自第k個發射機的信號通道，h (t)為 第1個接收機的匹配濾波器波形，flk為第lk通道的多普勒頻率，N為發射機個數，Μ為接收 機個數； 3) 將匹配函數4(0在時間上離散化，得到離散化后的匹配函數& ; 4) 計算該網格點（xgHd, ygHd, z#id)對應的各通道聯合對數似然函數值 lnp (Xgrid，y"grid，Zgrid):
其中，H表示共軛矩陣，Rlk為第lk通道上目標附近干擾的協方差矩陣，ylk為第1個接 收機匹配濾波后輸出的第lk通道的量測數據。
【文檔編號】G01S7/41GK104142496SQ201410182427
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】易偉, 艾越, 汪兵, 楊益川, 崔國龍, 楊建宇, 楊曉波, 孔令講 申請人:電子科技大學