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。     

二维嵌套混合MIMO相控阵雷达接收阵列设计

针对二维混合多输入多输出（MIMO）相控阵雷达发射阵列子阵分割带来的自由度损失问题,提出一种基于二维嵌套阵列的二维混合MIMO相控阵雷达接收阵列设计新方法。首先,给出一种由稀疏阵列和密集阵列构成的嵌套阵接收阵列的二维混合MIMO相控阵雷达信号模型;其次,通过对接收信号的协方差矩阵进行Khatri-Rao乘积处理,得到阵元位置差的差异阵列,形成接收阵元数目的虚拟扩展;最后,通过空间平滑处理进行波达方向估计。仿真实验表明,与传统二维混合MIMO相控阵雷达相比,所提方法在不增加实际阵元数目的情况下可以有效扩展虚拟阵元数目,提高雷达阵列自由度,进而提高二维混合MIMO相控阵雷达波达方向估计精度。     

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。     

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。     

多输入多输出电磁矢量阵列雷达的DOD和DOA联合估计

研究一种基于电磁矢量传感器阵列的多输入多输出(MIMO)雷达目标波离角(DOD)和波达角(DOA)的联合估计算法.提出了一种新型MIMO雷达系统,发射阵列采用常规阵元,而接收阵列采用电磁矢量传感器,在此基础上,算法首先利用矢量传感器的内在结构特点结合子空间旋转不变性质获得目标DOA预估计,随后采用最佳加权子空间拟合算法...     

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。     

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。     

多天线结构对无人机MIMO信道容量的影响

为进一步提高无人机(UAV)遥测链路传输容量,分析了无人机多输入多输出(UAV-MIMO)天线间隔、阵列等结构参数对信道容量的影响。建立了无人机MIMO基于散射体三维几何分布的单跳同心椭圆(GBSBCERS)信道模型,结合机载MIMO天线布局方案,给出了无人机MIMO信道矩阵及遍历容量的表达式。数值仿真表明,受无人机远距离通信的影响,信道容量与天线间隔呈正比变化;且相比于线阵布局,圆阵布局虽然受到无人机姿态变化的影响,但仍具有较高的信道容量。通过分析多天线结构对无人机MIMO信道容量的影响,对设计实现高速无人机数据链具有实际意义。     

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。     

基于系统跟踪性能要求的QFT设计

引言 定量反馈理论(Quantitative Feedback Theory,QFT)是20世纪提出的一种频率域鲁棒控制方法,它借助于Nichols图进行设计,简单直观.QFT可以用于处理带有很大不确定性线性时变单输入单输出(SISO)和单输入多输出(SIMO)系统、非线性时不变SISO和多输入多输出(MIMO)系统以及时变系统的鲁棒设计.近年来关于QFT应用和研究的文章在ACC和CDC会议上都不断出现,特别是应用在飞行控制领域的文章占很大比重.     

自旋式飞行器三维SAR成像及测高新模型

 自旋式飞行器由于运动轨迹复杂,不仅不能精确测量飞行高度,而且从未被用做SAR成像平台。通过研究自旋式飞行器的三维SAR成像新模型,将测高与三维SAR成像相结合,提出了一种基于三维SAR成像的测高新模型。首先分析了自旋式飞行器天线相位中心运动轨迹的特点,将具有三维空间分布的半螺旋线天线运动轨迹等效为面阵天线;然后基于等效面阵,利用模糊函数理论,推导了相应的三维成像模型,从理论上证明了模型的成像可行性并分析其成像性能;最后在成像模型基础上,提出基于三维SAR成像的自旋式飞行器测高新模型,并从成像角度分析影响测高精度的因素。针对等效面阵非均匀分布的特点,采用后向投影(BP)算法仿真验证自旋式飞行器模型下三维成像的可行性和测高模型的有效性。     

空域滤波器组对雷达阵列合成距离像的影响分析

为了简化雷达系统硬件设计和降低成本,可以使用多个窄带成分来合成宽带信号,从而获得满足实际需要的合成距离像。针对合成宽带信号和雷达阵列的特点,详细分析了结合合成宽带信号及传统空域滤波器组情况下所合成距离像的失真原因,指出合成距离像的失真由形状变形和位置平移两部分组成,且这两种失真分别由各个空域滤波器输出幅度和相位的波动所引起。同时,推导出计算对应相位和幅度失真度的理论公式,并由此给出了当合成距离像存在可接受失真时阵列的临界条件。计算机数值仿真结果验证了以上结论。     

微动目标跟踪成像一体化的雷达资源优化调度算法

相控阵雷达可以同时担负搜索、跟踪、识别与成像等多种雷达任务。为了提高雷达对战场环境的感知能力并减轻雷达资源分配的冲突,提出一种微动目标跟踪成像一体化的雷达资源优化调度算法。该算法建立了包含微动目标成像任务的雷达优化调度模型并利用启发式算法求解,利用跟踪脉冲与调度剩余的空闲时间资源,动态地构造感知矩阵并采用正交匹配追踪（OMP）算法对微动目标进行特征提取并成像。仿真结果表明：该算法可以实现稀疏孔径条件下的微动目标成像,并具有良好的鲁棒性,同时进一步提高了雷达系统的资源利用率。     

二维耦合振荡器有源天线阵相位误差特性及其对天线方向图的影响

分析了二维耦合振荡器有源天线阵的相位误差特性及其对天线方向图的影响。分析结果表明,二维耦合振荡器有源天线阵的相位误差具有积累特性;阵元自由振荡频率的误差越小,阵元锁相带宽越大,波束指向误差越小;随着阵元自由振荡频率误差的增大,天线阵增益降低,副瓣电平抬高。     

Control and utilization of range-dependent beampattern with waveform diverse array radars

The transmit antenna beampattern of the phased array radar is only a function of angle, limiting its ability to discriminate the targets from the same direction. Recently, the waveform diverse array radars expand the angle-dependent beampattern to an angle-time-range-dependent three-dimensional function by modulating the frequencies/time delays/phases across different transmit antenna elements. In this respect, extra Degrees-of-Freedom (DOFs) in the range domain are achieved, which opens up an innovative way to fulfil the tasks with enhanced system performance by jointly using the angle and range information. This paper summaries the developments of waveform diverse radars, including the Frequency Diverse Array (FDA), the Space-Time-Circulating-Array (STCA), and the Element-Pulse-Coding (EPC) frameworks, with emphasis on the analysis of the range-dependent beampattern from the basic properties upon how it is controlled. Moreover, the most recent advances of utilizing such a range-dependent beampattern in target detection, parameter estimation and identifiability, clutter suppression, jammer suppression and Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging are discussed.     

基于脉冲交错的数字阵列雷达任务优化调度算法

针对数字阵列雷达搜索、跟踪和成像任务的资源调度问题,提出一种数字阵列雷达(DAR)任务的优化调度算法。该算法以脉冲交错技术为基础,在对目标搜索与跟踪的同时,利用基于压缩感知的稀疏孔径认知逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法对部分精密跟踪目标成像,并采用观测时间动态调整策略以提高雷达系统的自适应能力。仿真结果表明,与传统雷达资源调度算法相比,该算法可以将成像任务考虑到优化调度模型中并合理分配资源,实现雷达多任务并行的调度,获得更高的资源利用率与期望的成像质量。     

基于耦合振荡器阵列的接收波束形成系统

设计了基于耦合振荡器阵列的非线性有源天线阵接收波束形成系统,详细分析了阵列线性相位分布控制技术,最后对该接收系统的性能进行了计算机仿真验证。     

环形阵列超声换能器的全聚焦成像方法及其应用

在检测高衰减的大厚度构件时，相控阵超声声束在非聚焦区域的声能量损失严重，采用线阵或矩阵超声换能器的检测精度和最大检测深度常难以满足要求。首先，建立了合成声束三维声场分布模型，分析了不同阵列超声换能器的空间声场能量分布特点，发现环阵超声换能器在相同聚焦深度处的声场特性更好，同时具有阵元数量少、声束焦斑沿轴线中心完全对称等特点。然后，建立了一种采用环阵超声换能器的全聚焦方法（TFM，Total Focusing Method），并基于试样群速度测量结果对各向异性材料中的聚焦算法进行了优化。在这种方法中将所采集到的全矩阵数据沿换能器中心轴线进行重建，可实现沿深度方向的逐点无穷聚焦。最后，利用所研制的阵列超声C扫描自动检测系统对预埋有缺陷的3D打印钛合金试样进行了对比检测实验，结果表明采用全聚焦成像算法的环阵超声换能器能实现55 mm试样内部直径0.8 mm、深度5.0 mm平底孔和横孔缺陷的精确检测，相对于常规的动态聚焦算法有更高的检测信噪比和定量精度。     

任意拓扑结构的耦合振荡器阵列及其在共形阵中的应用

提出了一种利用耦合振荡器阵列实现共形相控阵天线波束扫描的新方法。建立了任意拓扑结构的耦合振荡器阵列幅度和相位动力学方程,采用图论的方法分析了稳态相位方程解的唯一存在性和稳定性,通过控制振荡器每个单元的自由振荡频率,对相位进行加权,实现了共形相控阵天线无移相器的波束扫描,最后对圆柱形耦合振荡器阵列天线进行了数值仿真,验证了该方法的可行性。     

基于阵列天线的雷达导引头目标角位置模拟器

针对目前雷达导引头目标角位置模拟装备现状和发展趋势,分析利用阵列天线实现目标角度位置的原理,提出了一种基于阵列天线的雷达导引头目标角位置模拟器的设计方案,分析了工程实现所需要的关键技术,并提出了实现方案,包括天线阵设计、目标控制算法和误差特性、矢量调制技术和阵列校准技术。