MIMO雷达DOA估计阵列设计

 多输入多输出（MIMO）雷达的关键技术之一是天线阵列的设计。由于MIMO雷达同时增加了收发两端的相位中心,使得系统具有更高的空间分辨率和更多的自由度。论文从接收信号模型出发,对MIMO雷达发射正交信号的等效阵列进行了讨论,以波达方向估计为目标提出了一种MIMO雷达天线阵的设计方法,通过抛物线理论得出了收发组合的唯一性和合理性,然后通过分析各种收发组合给出了发射阵元的最佳间隔设置。推导了几种情景下的MIMO收发阵列最佳设计解析解,最后进行了仿真实验。仿真结果验证了算法的有效性。     

一种MIMO雷达幅相误差估计方法

 针对单基地相关多输入多输出(MIMO)雷达中存在的阵列幅相误差问题进行了研究。给出了单基地相关MIMO雷达的阵列模型,并提出了一种MIMO雷达幅相误差估计方法。利用发射正交信号对阵列接收信号进行匹配滤波,可分离得到类似传统阵列的"虚拟阵列",利用分时信源数据将该阵列中真实导向矢量中信源波达方向(DOA)引起的相位与幅相误差分离开,通过构造代价函数得到波达方向估计值,进而分别得到发射阵与接收阵的幅相误差的估计值,同时给出了误差引入量分析。最后通过仿真验证了该方法的有效性。本文介绍的方法简单可行,适用于任意构型MIMO雷达的幅相误差估计。     

一种用于高分辨扇扫成像的MIMO阵列

为了提高扇扫成像系统的方位分辨率,设计了一种具有高方位分辨率的多输入多输出(MIMO)阵列。首先,建立了同时适用于窄带和宽带信号的MIMO阵列与虚拟阵列之间的等效模型。在分析匹配滤波输出成分的基础上,证明了当发射信号具有良好相关特性时,MIMO阵列的匹配滤波输出可等效为单输入多输出(SIMO)阵列上经过脉冲压缩后的回波。接着,根据这一等效关系,获得了与MIMO阵列等效的虚拟阵列中虚拟发射阵元与虚拟接收阵元坐标解析解。最后,在约束阵列物理尺寸为固定值的前提下,利用该解析解设计出一种由2个发射阵元和一条接收均匀线阵列(ULA)组成的MIMO阵列。理论推导和仿真结果表明:所设计的MIMO阵列可以在恒定的物理尺寸和虚拟阵列为均匀直线阵的前提下,获得优于其他MIMO阵列和SIMO阵列的方位分辨率。     

基于共轭循环平稳特性的二维波达方向估计方法

 提出了一种具有阵列孔径扩展能力的共轭循环平稳二维波达方向（DOA）估计方法。该方法通过引入伪采样,充分利用了阵元输出之间共轭循环互相关函数的时间维信息,扩展了阵列有效孔径,提高了算法DOA估计精度,具有较好的低信噪比适应能力。该方法避免了最优时延选择问题,无需谱峰搜索,且其二维角度参数能够自动配对,具有较低的计算量。计算机仿真结果验证了该方法的有效性。     

非理想均匀圆阵的波达方向和多普勒频率联合估计

针对均匀圆阵存在一般阵列误差 (如阵元的幅相误差和安装位置误差等 )的情况 ,提出了多个信号的波达方向和多普勒频率估计方法。直接利用均匀圆阵的阵列流形 ,采用波达矩阵法估计各个信号的多普勒频率。由一般阵列误差的统计特性构造加权矩阵 ,采用加权总体最小二乘法估计各个信号的波达方向。此方法具有鲁棒性强等特点。计算机仿真证明了此方法的有效性     

Estimation of DOA and Doppler Frequency on Nonideal UCA

针对均匀圆阵存在一般阵列误差(如阵元的幅相误差和安装位置误差等)的情况，提出了多个信号的波达方向和多普勒频率估计方法。直接利用均匀圆阵的阵列流形，采用波达矩阵法估计各个信号的多普勒频率。由一般阵列误差的统计特性构造加权矩阵，采用加权总体最小二乘法估计各个信号的波达方向。此方法具有鲁棒性强等特点。计算机仿真证明了此方法的有效性。     

一种稀疏阵列下的二维DOA估计方法

研究了稀疏阵列下二维波达方向（DOA）的估计问题,提出一种基于不动点迭代的空间谱估计（FPC-MUSIC）算法。首先建立基于矩阵填充的DOA估计信号模型,并验证该信号模型满足零空间性质（NSP）,其次通过不动点迭代算法将稀疏阵列信号恢复为完整信号,最后利用恢复信号估计二维DOA。该算法可在稀疏阵列下大幅度降低谱估计平均副瓣,在大幅度降低阵元数的同时具有较高的估计精度。计算机仿真表明：FPC-MUSIC算法可在稀疏阵列下准确估计二维DOA,验证了该算法的有效性和优越性。     

基于时空结构的双基MIMO雷达多维参数联合估计

为了充分利用目标的时域特性来改善双基多输入多输出(MIMO)雷达波达方向(DOA)和离波方向(DOD)的估计性能,探讨了双基MIMO雷达在时-空模型下的多维参数联合估计问题。针对慢动目标,基于多维旋转不变技术信号参数估计(ESPRIT)算法,同时利用时域相邻两级延迟包含的时间相位差、发射阵列相邻阵元包含的空间相位差以及接收阵列相邻阵元包含的空间相位差作为旋转因子,形成旋转不变子空间,再根据矩阵、矩阵的特征值及特征值对应的特征向量三者之间的关系解决了参数配对问题,实现了三维参数联合估计。该方法在信噪比低、积累脉冲数少时,目标的DOA与DOD估计性能比不利用时域特性时有明显改善。仿真结果验证了本方法的有效性。     

冲击杂波下的MIMO雷达DOA估计方法

研究了对称α稳定分布(SαS)冲击杂波下的多输入多输出（MIMO）雷达目标波达方向（DOA）估计问题,分别提出基于分数低阶最小方差无畸变响应(FrMVDR)的MIMO雷达DOA估计算法和无穷范数归一化最小方差无畸变响应（Inf-MVDR)算法。FrMVDR算法,首先进行冲击杂波特征指数的估计,然后使MIMO雷达接收阵列的分数低阶输出功率最小,实现MIMO雷达的DOA估计。为了避免FrMVDR算法对杂波特征指数估计,提出Inf-MVDR算法,首先用无穷范数对接收信号进行归一化处理,使归一化后的阵列输出功率有界,继而采用传统MVDR算法进行DOA估计。计算机仿真验证了上述两种算法的有效性;同时仿真结果还表明在冲击杂波下,MIMO雷达的空间分集特性可显著提高DOA估计的精度。     

基于压缩感知的嵌套FDA 雷达距离- 角度联合估计

针对频率分集技术，与非均匀阵列、压缩感知理论相结合，实现目标距离- 角度的联合估计。通过 频率分集技术提高信号空间自由度，将距离参数引入导向矢量矩阵，实现距离- 角度参数的联合。并结合嵌套 阵列，显著提高雷达阵列孔径。该方法针对嵌套阵虚拟阵列流型矩阵的优化过程导致的秩亏缺问题，传统的空 间平滑算法会以牺牲部分阵列孔径为代价将单快拍问题转化为多快拍问题，采用正交匹配追踪算法可以实现单 快拍下的高精度参数估计，避免了空间平滑技术对阵列孔径的影响。并通过压缩感知理论的应用降低信号维度， 减小了计算复杂度。     

基于杂波子空间估计的MIMO雷达降维STAP研究

 多输入多输出(MIMO)雷达是近年来出现的一种新体制雷达,针对MIMO体制的机载雷达开展空时自适应处理（STAP）技术研究是值得进一步努力的方向。本文研究了机载MIMO雷达STAP技术的降维算法,通过对STAP技术杂波抑制原理进行分析,推导并得到一种基于杂波子空间的降维算法。结合扁长椭球波函数（PSWF）的特点,提出了一种基于杂波子空间估计的降维算法,并与若干降维算法的杂波抑制性能进行比较。结果表明,当存在阵元幅相误差时,该算法在保持杂波抑制性能的同时能够有效地降低STAP算法的运算量。     

聚焦变换在MIMO阵列方位估计中的应用

MIMO阵列是近年来信号处理领域提出的一种新体制阵列技术,可有效避免常规阵列中的相干源问题。为解决多载波造成的方位模糊,提出了一种基于聚焦变换的MIMO阵列目标方位估计方法。该方法将MIMO阵列接收信号分解为多个频率分量的信号,并通过聚焦算法将多个频率信号聚焦到同一信号子空间,然后对聚焦后的信号进行方位估计。仿真结果表明:与直接对MIMO阵列接收信号进行方位估计相比,该方法利用了MIMO阵列的回波不相干性和宽带信号能量,具有更好的分辨能力和更高的方位估计精度。     

基于稀疏表示的多雷达信号二维融合处理

多雷达信号融合通过对多视角和多频带雷达信号进行相干融合,可以提高图像的距离和方位向分辨率.为了克服基于谱估计的多雷达信号融合方法稳健性严重依赖于散射点个数估计精度和二维极点配对精度的问题,在深入研究逆合成孔径雷达(ISAR)信号的基础上,构造了多雷达信号二维融合的线性表示模型,将融合处理转化为一个信号表示问题;充分挖掘...     

基于三迭代与二阶锥规划的机载MIMO雷达稳健降维STAP方法

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)中期望目标导向矢量的失配问题,提出一种基于三迭代(TRIA)与二阶锥规划(SOCP)的稳健降维MIMO-STAP方法。首先将MIMO-STAP权矢量分解为发射、接收、多普勒3个低维权矢量的Kronecker积,然后分别限定实际发射、接收、多普勒导向矢量与假定导向矢量之间的误差范数边界,通过优化最差性能,利用SOCP对各个低维权矢量进行三迭代求解,最后进行权矢量合成。该方法在保证机载MIMO雷达获取稳健STAP性能的同时,通过三迭代降维处理,能够有效降低训练样本数需求与运算复杂度,因此更具有实际应用价值。仿真结果验证了算法的有效性。     

星载DBF接收天线误差校正算法

 提出了一种改进的基于子空间的星载数字波束形成（DBF）接收天线的误差校正方法。根据阵列互耦效应主要取决于阵元间的几何距离这一特点,利用阵元空间排布的对称性简化了天线的互耦模型,将天线的互耦效应及射频(RF)通道失配统一为通道间的幅相不一致。通过在基带注入特定的阵内相位差降低了子空间算法的计算复杂度。在建立7单元正六边形平面阵仿真模型的基础上,分析不同信噪比(SNR)环境下校正算法的性能,经比较得出可以通过提高发射信号功率改善误差估计的精度,验证了算法的有效性。仿真分析结果表明该算法在卫星通信系统中有一定的工程应用价值。     

基于多级维纳滤波的双基地MIMO雷达多目标定位方法

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。     

基于稀疏随机阵列配置的CS-MIMO雷达感知矩阵构造

压缩感知(CS)理论中的感知矩阵在观测数据获取和信号重建过程中起关键性作用。目前,大部分研究通过引入高斯随机矩阵作为测量矩阵实现压缩观测,这类测量矩阵对硬件要求很高,工程实现困难。提出了一种基于稀疏随机阵列配置的压缩感知-多输入多输出(CS-MIMO)雷达中的感知矩阵构造方法,当MIMO雷达阵元配置为满足某种概率分布的稀疏随机阵列时,发射与接收导引矢量的Kronecker积能够起到压缩测量的作用。从理论上分析了所构造的感知矩阵的归一化互相关系数、Gram矩阵以及阵列方向图之间的内在联系,并证明了当随机阵元位置满足均匀分布时所构造的感知矩阵满足压缩感知重构条件。在这种稀疏随机阵列配置方式下,既可以避免额外引入随机测量矩阵,又能减少所需的阵元个数,从而大大降低CS-MIMO雷达系统复杂度。仿真实验表明,该方法具有较低的感知矩阵归一化互相关系数,与满阵CS-MIMO雷达相比能够在减少阵元个数的同时获得良好的重构性能,且使重构所需运算量大大降低。