基于連通域劃分的統(tǒng)計mimo雷達多目標定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于連通域劃分的統(tǒng)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(nèi)搜索，所以能以較低的搜索量得到較高的定位精度并實現(xiàn)多目標同時定位。并且本發(fā)明采用經(jīng)過匹配濾波后信號作為量測數(shù)據(jù)，適用于在各個接收孔徑上分別獨立完成匹配濾波的統(tǒng)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(wěn)定且具有自適應(yīng)特性。利用數(shù)據(jù)連通域分離各目標的位置坐標范圍，在此坐標范圍內(nèi)重新搜索即得目標位置估計，能應(yīng)用于統(tǒng)計MIMO雷達網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多目標定位領(lǐng)域。
【專利說明】基于連通域劃分的統(tǒng)計ΜΙΜΟ雷達多目標定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達信號處理領(lǐng)域，涉及統(tǒng)計多輸入多輸出ΜΜ0雷達定位技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] ΜΙΜΟ雷達是近年來新體制雷達的研究熱點，它采用多個發(fā)射天線和多個接收天 線，各天線根據(jù)系統(tǒng)要求可以進行靈活布置，并且各發(fā)射天線可以同時發(fā)射完全正交或部 分相關(guān)的信號。其中統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)有的統(tǒng)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(guān)于待估計 參數(shù)（即目標的位置坐標）的似然函數(shù)，利用網(wǎng)格搜索法或最優(yōu)化迭代算法在雷達監(jiān)視范 圍（數(shù)據(jù)平面）內(nèi)求解使似然函數(shù)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(jiān)視環(huán)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(yīng)的似然函數(shù)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(shù)較多時計算量巨大，基本不可實現(xiàn)。
[0004] 另外，新型ΜΙΜΟ雷達檢測器的雜波抑制、匹配濾波等任務(wù)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(tǒng)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(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種適用于統(tǒng)計ΜΜ0雷達的易于實現(xiàn)的信 號級多目標定位方法。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，基于連通域劃分的統(tǒng)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(tǒng)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(shù)初始化步驟：初始化目標位置搜索范圍對應(yīng)的數(shù)據(jù)平面、發(fā)射機個數(shù)、接收機 個數(shù)、各發(fā)射機接收機位置、各發(fā)射機的發(fā)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(xié)方差矩陣以及預(yù)設(shè)目標對應(yīng)于各通道的多 普勒頻率；
[0009] 第一次似然函數(shù)搜索步驟：在初始化目標位置搜索范圍對應(yīng)的數(shù)據(jù)平面上，計算 各網(wǎng)格點對應(yīng)的各通道聯(lián)合對數(shù)似然函數(shù)值，遍歷完畢初始化目標位置搜索范圍對應(yīng)的 數(shù)據(jù)平面后，再進行歸一化處理得到全數(shù)據(jù)平面的似然函數(shù)圖像L(x， y，ζ);
[0010] 二值化似然函數(shù)圖像步驟：對歸一化后的全數(shù)據(jù)平面的似然函數(shù)圖像L(x，y，ζ)做 二值化處理，網(wǎng)格點對應(yīng)的各通道聯(lián)合對數(shù)似然函數(shù)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(shù)據(jù)連通域?qū)D像B(X，y，z)進行搜索，確定屬性 滿足像素值為1的數(shù)據(jù)連通域，再進行雜散點刪除處理后，記錄每塊數(shù)據(jù)連通域在每個維 度上的上下界，連通域的個數(shù)即為目標個數(shù)，各塊數(shù)據(jù)連通域所在的立方體為各目標的二 次網(wǎng)格搜索范圍；
[0012] 第二次似然函數(shù)搜索步驟：在各目標的二次網(wǎng)格搜索范圍內(nèi)重新計算該范圍內(nèi)各 網(wǎng)格點的各通道聯(lián)合對數(shù)似然函數(shù)值，將每一個二次搜索范圍內(nèi)似然函數(shù)的最大值所對應(yīng) 的網(wǎng)格點坐標作為對應(yīng)目標的估計位置；
[0013] 得到所述網(wǎng)格點對應(yīng)的各通道聯(lián)合對數(shù)似然函數(shù)值的步驟為：
[0014] 1 :對于網(wǎng)格點（xgHd, y#id，z#id)計算各通道的回波時延；
[0015] 2 :計算網(wǎng)格點（xgrid, ygrid, zgrid)對應(yīng)的匹配函數(shù)s lk(t):
[0016]

【權(quán)利要求】
1.基于連通域劃分的統(tǒng)計ΜΙΜΟ雷達多目標定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 參數(shù)初始化步驟：初始化目標位置搜索范圍對應(yīng)的數(shù)據(jù)平面、發(fā)射機個數(shù)、接收機個 數(shù)、各發(fā)射機接收機位置、各發(fā)射機的發(fā)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(xié)方差矩陣以及預(yù)設(shè)目標對應(yīng)于各通道的多普 勒頻率； 第一次似然函數(shù)搜索步驟：在初始化目標位置搜索范圍對應(yīng)的數(shù)據(jù)平面上，計算各網(wǎng) 格點對應(yīng)的各通道聯(lián)合對數(shù)似然函數(shù)值，遍歷完畢初始化目標位置搜索范圍對應(yīng)的數(shù)據(jù)平 面后，再進行歸一化處理得到全數(shù)據(jù)平面的似然函數(shù)圖像L(X，y，ζ); 二值化似然函數(shù)圖像步驟：對歸一化后的全數(shù)據(jù)平面的似然函數(shù)圖像L(x，y，z)做二 值化處理，網(wǎng)格點對應(yīng)的各通道聯(lián)合對數(shù)似然函數(shù)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(shù)據(jù)連通域?qū)D像B(x，y，ζ)進行搜索，確定屬性滿足 像素值為1的數(shù)據(jù)連通域，再進行雜散點刪除處理后，記錄每塊數(shù)據(jù)連通域在每個維度上 的上下界，連通域的個數(shù)即為目標個數(shù)，各塊數(shù)據(jù)連通域所在的立方體為各目標的二次網(wǎng) 格搜索范圍； 第二次似然函數(shù)搜索步驟：在各目標的二次網(wǎng)格搜索范圍內(nèi)重新計算該范圍內(nèi)各網(wǎng)格 點的各通道聯(lián)合對數(shù)似然函數(shù)值，將每一個二次搜索范圍內(nèi)似然函數(shù)的最大值所對應(yīng)的網(wǎng) 格點坐標作為對應(yīng)目標的估計位置； 得到所述網(wǎng)格點對應(yīng)的各通道聯(lián)合對數(shù)似然函數(shù)值的步驟為： 1) 對于網(wǎng)格點（x#id，ygHd，zgHd)計算各通道的回波時延T： lk; 2) 計算網(wǎng)格點（xgiid，ygHd，zgHd)對應(yīng)的匹配函數(shù)4(0:
其中，*為卷積運算，sk(t)為發(fā)射機的發(fā)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(fā)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(fā)射機個數(shù)，Μ為接收 機個數(shù)； 3) 將匹配函數(shù)4(0在時間上離散化，得到離散化后的匹配函數(shù)& ; 4) 計算該網(wǎng)格點（xgHd, ygHd, z#id)對應(yīng)的各通道聯(lián)合對數(shù)似然函數(shù)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(xié)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(shù)據(jù)。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)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