基于多级维纳滤波的双基地MIMO雷达多目标定位方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252012V01．33No71281—1288ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．educahkxb@buaaeduCR文章编号：1000—6893(2012)07一128108基于多级维纳滤波的双基地MIMO雷达多目标定位方法王伟“，王成鹏，马跃华哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001摘要：为了降低双基地多输入多输出(MIMO)雷达目标定位过程中的计算复杂度，避免进行占主要计算量的协方差矩阵特征值分解或奇异值分解和二维空间谱的峰值搜索，将

2、多级维纳滤波(MSWF)应用于双基地MIMO雷达多目标定位的研究中。利用MSWF的前向递推原理，得到信号子空间；然后利用ESPRIT算法估计发射角(DOD)和接收角(DOA)，且DOD和DOA自动配对，实现了多目标交叉定位。分析了本文算法和ESPRIT算法的计算复杂度，并通过仿真实验及性能分析验证本文算法的有效性。理论分析和实验结果表明：本文算法在保证二维方位角估计性能的基础上，显著地降低了计算复杂度，缩短了运算时间，更加符合MIMO雷达信号实时处理的要求。关键词：MIMO雷达；双基地；多级维纳滤波；信号子空间；多目标定位中图分类号：V556．6；TN953文献标识码：A多输入多输出

3、(MIMO)雷达是借鉴通信领域的多输人多输出技术而提出的一种具有高探测性能和生存能力的新体制雷达。与传统的雷达相比，MIMO雷达利用信号分集技术形成虚拟阵列孔径口。2]，提高了探测目标的空间分辨率；利用空间分集技术抑制目标的闪烁特性[3。4]，同时，MI—MO雷达在抗干扰、低截获和载波抑制方面都具有很大的优势。目前，对于MIMO雷达的研究主要有波形设计陧、波束合成嘲、目标方位角度估计[7。141和目标成像[153等方面。目标方位角度估计是其中一个重要的方面。由于双基地MIMO雷达的回波信号中包含目标相对发射阵列和接收阵列的方位角信息，因此可以通过估计目标的发射角(DOD)和接收角(D

4、OA)对目标进行交叉定位，目前利用双基地MIMO雷达对目标进行交叉定位的文献还不是很多，Yan等[83提出了二维的Capon算法对目标的发射角和接收角进行估计，然后进行方位角交叉定位，但是二维空问谱的峰值搜索计算量巨大，很难在工程上实现。Zhang等凹1叩提出降维的Capon算法和降维的MUSIC算法对目标的发射角和接收角进行联合估计，把二维空间谱的峰值搜索转化成一维空间谱的峰值搜索，减少了一定的计算量。D．F．Chen等口u和J．L．Chen等口2]提出了利用二次旋转不变子空间(ESPRIT)算法估计目标的发射角和接收角，避免了二维空间谱的峰值搜索。J．I。．Chen等口21根据两

5、次旋转不变子空间算法的关系，使二维方位角自动配对，避免了配对的过程。J．L．Chen等口胡还提出了一种有效抑制色噪声联合DOD和DOA算法，能够在色噪声环境中对目标进行准确的定位，但以上这些算法都需要进行协方差矩阵的特征值分解，由收稿日期：2011-07—07；退修日期：2011．11．28；录用日期：2011—02—08；网络出版时间：2012-03-0808：51网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V．201203080851007．html基金项目：国家自然科学基金(60704018)*通讯作者Tel：0451—82568488E-mai

6、l：chinaww2006@yahoo．com．crl礅穗格武；WangW．WangxP，MaYH．Multi-targetlocalizationbasedonmulti-stageWienerfilterforbistaticMIMOradarActaAeronauti—caetAstronauticaSinica，2012．33(7)：1281—1288。王伟．I成鹏，马跃华．基于多级维纳滤波的双基地MIMO雷达多目标定位方法．航空学报．2012．33(7)：1281-1288．，航空学报于MIMO雷达形成阵元很大的虚拟阵列，因此计算量尤其庞大。多级维纳滤波(Multi—sta

7、geWienerFilter，MSWF)是由Goldstein等[16。提出的一种有效的降维方法。由它的特殊结构可知，利用MSWF对初始数据空间进行前向正交分解递推，得到与初始矢量平行和正交的两个子空间，同时MSWF具有收敛速度快等特点。因此本文首先对MSWF在MIMO雷达中的前向滤波性质进行推导，然后利用MSWF对双基地MIMO雷达的接收数据进行处理得到信号子空间，最后对DOD和DOA进行联合估计，且估计的二维方位角参数自动配对。通过对比本文算法与ESP