1.一种基于精确模型的近场EMVS‑MIMO雷达参数估计方法,其特征在于:该方法包括下列步骤:S1、建立一个基于EMVS的双基地MIMO雷达的系统模型,其发射端是由M个EMVS构成的发射阵列,接收端是由N个EMVS构成的接收阵列,所述的发射阵列的M个EMVS和接收阵列的N个EMVS均分布在三维空间中,其中,发射阵列的第m个EMVS和接收阵列的第n个接收EMVS的坐标分别表示为(xt,m,yt,m,zt,m)和(xr,n,yr,n,zr,n),其中m=1,2,…M,n=1,2,…,N;从发射阵列中取位于 的EMVS作为参考阵元,从接收阵列中取位于 的EMVS作为参考阵元;
S2、在三维空间中设定K个近场目标,发射阵列的M个EMVS发射信号,信号遇到K个近场目标被反射后由接收阵列接收,K个近场目标的位置表示为(θt,k,θr,k,φt,k,φr,k,rt,k,rr,k),其中θt,k,φt,k,rt,k分别表示近场目标相对于发射阵列的仰角,方位角和从发射阵列到近场目标的距离,θr,k,φr,k,rr,k分别表示近场目标相对接收阵列的仰角,方位角和从近场目标到接收阵列的距离;得到发射阵列中第m个阵元到第k个近场目标的距离和第k个近场目标到接收阵列中第n个阵元的距离分别为:其中,rt,k=rt,0,k,rr,k=rr,0,k;
S3、接收阵列接收信号后,信号再通过接收端的匹配滤波器,由匹配滤波器输出;在t时刻,接收端的匹配滤波器的输出信号为x(t)=(DtDr)s(t)+n(t);其中,T
s(t)=[s1(t),s2(t),…,sK(t)]表示反射系数矩阵, 表示加性高斯白噪声,
Dt和Dr分别表示发射阵列导向矩阵和接收阵列导向矩阵,Dt=[dt,1,dt,2,…,dt,K],Dr=[dr,1,dr,2,…,dr,K]其中,其中,
τt,m,k表示发射信号的传播时延, τr,n,k表示接收信号的传播时延,am,t,k和an,r,k分别表示发射阵列的EMVS的空间响应和接收阵列的EMVS的空间响应,可分别表示为:
其中,vt,m,k(θt,m,k,φt,m,k)和vr,n,k(θr,n,k,φr,n,k)表示只与方向参数有关的矩阵,gt,m,k和gr,n,k表示只与极化参数有关的矩阵;
S4、根据步骤S3中的匹配滤波器的输出信号x(t),计算得出x(t)的协方差矩阵,即:R=H H 2E[x(t)x (t)]=[DtDr]Rs[DtDr]+σI,其中, 表示进场目标的协方差矩阵, 表示第k个目标的信号功率,I是一个对角矩阵;
S5、将步骤S4中的x(t)的协方差矩阵R重新排列为四阶张量形式,即:2
其中, 表示一个四阶张量算子, 表示σ I的张量形式,Dt×2表示Dt的张量形式,Dr×3表示Dr的张量形式, 表示 的张量形式, 表示Dr的共轭矩阵;
S6、将步骤S5中得到的四阶张量 再重新排列为一个三阶张量 即:其中 表示一个三阶张量算子,
S7、对步骤S6中的三阶张量 采用复平行因子算法进行平行因子分解,得到发射阵列导向矩阵Dt和接收阵列导向矩阵Dr的估计值 和 且 和 满足以下两个关系:其中,Π是列置换矩阵,Δ1,Δ2为尺度模糊矩阵,N1,N2为误差矩阵;
S8、对步骤S7得到的 和 进行归一化,归一化后构造出两个选择矩阵:其中,em表示一个1×M维的行向量,其第m个元素为1,其余元素为0;en表示一个1×N维的行向量,其第n个元素为1,其余元素为0;再利用所述的两个选择矩阵分别选择出 的第l行至第l+6行以及 的第l行至第l+6行,分别写成表达式为:Ht,m的第i行与Ht,m的第j行以及Hr,n的第i行与Hr,n的第j行分别存在着的旋转不变关系为:
其中,i,j=1,2,3,4,5,6;Ht,m(i,:)表示Ht,m的第i行,Hr,n(i,:)表示Hr,n的第i行,Ht,m(j,:)表示Ht,m的第j行,Hr,n(j,:)表示Hr,n的第j行;diag{·}表示对角化运算;
S9、根据步骤S8,得出发射阵列电场矢量的估计值 和磁场矢量的估计值 即其中, 表示步骤S8中的 的第k
个元素, 表示步骤S8中的 的第k个元素,同样得到接收阵列电场矢量的估计值和磁场矢量的估计值 即S10、根据步骤S9,进一步得到第k个目标在发射阵列的第m个EMVS处的坡印廷矢量和第k个目标在接收阵列的第n个EMVS处的坡印廷矢量的估计值为:其中,表示矢量叉积运算;
S11、根据步骤S10得到的坡印廷矢量的估计值,得到第k个目标相对于发射阵列中第m个阵元的二维发射角度和接收阵列中第n个阵元的二维接收角度的估计值为:S12、根据步骤S11,重构出发射阵列中第m个阵元相对于第k个目标的空间响应 和第k个目标相对于接收阵列中第n个阵元的空间响应 即 之后分别得到gt,m,k和gr,n,k的估计值 和+
其中,() 表示对矩阵进行伪逆运算;由 和 可以分别得到发射阵列中第m个阵元相对于第k个目标的极化参数的估计值和第k个目标相对于接收阵列中第n个阵元的极化参数的估计值,即:则二维发射极化参数和二维
接收极化参数的估计值为:
S13、根据基于EMVS的双基地MIMO雷达的系统模型的几何关系,分别得到与发射阵列和接收阵列相关的两个线性方程组,即对所述的两个线性方程组化简,化简
后两个线性方程组的系数矩阵为Ft,k和Fr,k,常数项矩阵为Gt,k和Gr,k,分别表示为:化简后的两个方程组中与发射距离和发射角度的相关项表示为:与接收距离和接收角度的相关项表示为: 将系数矩阵Ft,k、系数矩阵Fr,k、常数项矩阵Gt,k、常数项矩阵Gr,k、相关项Θt,k以及相关项Θr,k综合为一个整体的紧凑矩阵,所述紧凑矩阵表示为: 其中,blkdiag{·}表示块对角化运算;基于所述的紧凑矩阵,根据最小二乘法可以得到Θk的估计值为: 最终得到第k个目标的二维发射角度估计值、二维接收角度估计值、发射距离估计值以及接收距离估计值分别为: