双基地FDA-MIMO雷达角度、距离及速度联合估计方法

在传统的相控阵雷达中,由于受到脉冲重复周期(PRF)的限制,距离估计精度和速度估计精度往往难以同时得到提高。该文将频控阵(FDA)和双基地多输入多输出(MIMO)雷达相结合,提出了一种基于双基地FDA-MIMO雷达的角度、距离及速度联合估计方法。由于采用了FDA技术,雷达的发射矢量中包含了目标的角度、距离甚至速度信息。考虑到发射矢量中距离-速度的耦合现象,该文提出了基于子阵的波形设计和相应的解耦合方法。然后利用ESPRIT算法和基于FDA的解模糊方法,对目标的发射角(DOD)、接收角(DOA)、距离和速度进行无模糊估计。另外,该文推导了该方法下参数估计的克拉美罗界(CRB)并分析了其性能。最后,仿真结果验证了所提出方法的能够对目标的角度、距离和速度进行无模糊的联合估计。     

双基地MIMO雷达多参数联合估计及目标三维定位

多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)雷达具有波形分集、空间分集和极化分集等优势,在抗目标"闪烁"、反干扰、提高分辨力方面有很大的潜力.提出了一种双基地MIMO雷达多参数联合估计及目标三维定位方法.对接收信号的协方差矩阵作特征值分解,提取大特征值对应的特征矢量,构建选择矩阵,基于ESPRIT算法估计出目标的波达角.在求解均匀圆阵时,为将导向矢量中耦合的俯仰角和方位角分开,采用模式激励法解耦合,再分别利用UCA-MUSIC和UCA-ESPRIT算法估计目标俯仰角和波达角.基于MIMO雷达空间结构,利用估计到目标的俯仰角、发射角和波达角,计算得到目标的三维空间坐标信息.该算法可实现角度间的自动配对,可以有效识别同一距离单元内的多个目标.仿真实验表明,提出的估计方法估计精度高,处理速度快.     

相控阵MIMO随机多相码雷达高速目标探测

为解决传统单输入单输出雷达对高速目标不能进行长时间有效相参积累检测的问题,提出一种基于相控阵多入多出( MIMO)随机多相码雷达的高速目标探测方法.通过多路回波数据短时间相参并行处理,保证相参处理间隔内目标运动不超过半个距离单元,避免了目标距离走动引起的检测性能恶化.将发射阵列分成多个重叠的子阵,子阵内的相参处理提高了发射处理增益,子阵间的波形分集提高了角度分辨率,实现了对低信噪比高速目标距离和角度的无模糊估计.仿真结果证明了该方法的有效性.     

基于块稀疏的频率分集阵MIMO二维参数估计

针对导向矢量时变导致频率分集阵列-多输入多输出(MIMO)雷达参数估计误差增大的问题,提出一种基于块稀疏的距离和角度参数联合估计方法.首先,就导向矢量时变性对参数估计性能的影响进行了理论分析;然后,通过公式推导证明了块稀疏理论在频率分集阵MIMO雷达参数联合估计中的适用性,并提出了基于块稀疏的参数联合估计方法,给出了参数估计的具体流程;最后,通过仿真对参数估计性能进行了分析.理论分析及仿真结果表明:基于块稀疏的参数联合估计方法可实现单次快拍下多目标距离和角度参数的联合估计,估计能力优于传统谱估计方法;在单目标和单快拍条件下,所提算法精度与二维ESPRIT和二维MUSIC算法相比,基于稀疏字典估计的参数精度优于两算法,而基于系数向量估计的参数精度介于两算法之间.     

频率分集分布式子阵雷达的相参积累检测方法

为了实现频率分集分布式子阵雷达的相参积累检测,提出一种基于广义似然比检验(GLRT)和条件广义似然比检验(CGLRT)的检测方法.分析了该方法的积累检测性能和解角度模糊性能,并且针对由频率分集引起的多普勒差异问题,提出基于Keystone变换的多普勒补偿方法.理论分析和仿真结果表明,与单频工作的分布式子阵雷达相比,频率分集分布式子阵雷达具有更好的相参积累检测性能,并且能够降低栅瓣的影响,提高解角度模糊能力.通过Keystone变换可在目标径向速度未知的情况下,进行多普勒差异的补偿,实现频率分集分布式子阵雷达的相参积累检测.     

频率分集阵列MIMO多目标二维参数联合估计

针对频率分集阵列MIMO(多输入多输出)雷达中的距离、角度参数联合估计问题,在区分导向矢量非时变、时变两种情况下展开研究.在非时变情况下,提出基于阻塞ESPRIT(旋转不变子空间)修正算法的谱估计方法,在保证估计精度的同时实现了参数自动配对.在导向矢量时变情况下,理论分析了导向矢量时变性对谱估计性能的影响,有针对性地提出了分区估计策略,较好解决了时变条件下的参数估计问题.理论分析及仿真结果表明:所提算法能有效估计频率分集阵MIMO雷达的距离角度参数,且在估计精度、参数自动配对等性能上优于其他降维估计算法.     

步进调频雷达目标速度的实时不模糊估计方法

针对高超声速弹载应用背景,提出了一种基于高重频升降频体制的步进调频脉冲压缩雷达分布式目标径向速度的估计方法.该方法首先通过升帧以及降帧距离像片段中因距离-多卜勒耦合所产生的目标距离位置的差异,得到目标速度的模糊估计,然后通过二次相位项补偿的升、降帧距离像片段进行速度匹配相关处理,实现速度解模糊,具有不模糊测速范围大、速...     

双基地米波MIMO 雷达低空目标俯仰维DOD和DOA联合估计方法

对于双基地米波多输入多输出(MIMO)雷达低空目标俯仰维测向场景,受多径效应影响,发射接收导向矢量因存在耦合现象而与噪声子空间失去正交性,导致以多重信号分类(MUSIC)为主的子空间类算法在该场景下不可用,而基于空间平滑预处理的子空间类算法由于阵列孔径损失存在角度估计精度不高的问题。为解决上述难题,建立了双基地米波MIMO 雷达单目标和非相干多目标镜面反射信号模型,在信号模型数学变换和分析的基础上发现了一种仍旧与噪声子空间正交的导向矢量矩阵,然后利用新的导向矢量矩阵结合广义MUSIC和最大似然算法提出了双基地米波MIMO 雷达低空目标俯仰维波离方向和波达方向联合估计方法,最后通过仿真验证了所提方法的有效性和俯仰维测向性能的优越性。     

子阵结构FDA阵列模糊函数建模与研究

基于模糊函数的优化是频率分集阵列FDA雷达波形设计的重要手段，针对现有文献中缺乏对子阵结构频率分集阵列模糊函数研究的问题展开分析。首先建立了窄带条件下发射简单脉冲的FDA阵列数据模型，对比了FDA阵列与相控阵的方向图特性；在此基础上，基于信号经匹配滤波器输出的时域卷积出发推导出FDA阵列在三种接收信号处理机制下的复型模糊函数；然后，对采用不同频控函数的交叉子阵FDA阵列的发射方向图特性、模糊函数特性分别展开分析，并用仿真验证了采用正弦频控函数的FDA阵列具有较好的干扰抑制性能的结论，从而为后续基于子阵FDA阵列的模糊函数设计雷达波形以实现干扰抑制的一系列研究奠定了重要基础。     

基于Radon变换的SAR地面运动目标径向速度估计

合成孔径雷达(SAR)地面动目标径向速度导致的Doppler模糊和频谱分裂会严重影响对其检测和速度估计的性能。为此,该文提出一种基于Radon变换(RT)的方法来高效准确地解决Doppler模糊和频谱分裂,实现Doppler中心和径向速度的准确估计。该方法首先基于雷达和平台参数计算目标可能模糊数对应的距离走动倾斜角,确定"模糊数-角度"对应关系;进而基于实测数据计算各先验角度RT值,搜索最大值获取模糊数。同时,提出了Doppler频谱检测器解决频谱分裂问题,可结合能量均衡法准确估计基带Doppler中心和目标径向速度。数值仿真试验结果证明了该方法的有效性。     

基于TR技术的sin-FDA-MIMO距离角度联合估计

多输入多输出正弦频控阵雷达能够对目标在空间中的距离和角度进行二维估计,如何提高估计精度尤为重要.为了提高sin-FDA-M IM O目标距离角度联合估计精度,引入时间反转技术,利用信号多路径传播的空间多样性来提高距离角度估计算法的性能.首先分析了sin-FDA-M IM O的接收信号模型,然后推导了基于TR技术的sin...     

基于非线性频偏的频控阵波束控制研究

与相控阵波束指向只具有角度相关性不同,频控阵波束图是时间、角度及距离的函数.这一特性在抑制距离相关性干扰等方面有着巨大的应用价值,但其方向图所固有的距离-角度耦合会带来新的频控阵波束控制问题.如何消除距离-角度耦合关系是实现波束精确控制及目标精确定位的前提.针对这一问题,提出一种基于可变加载约束的最速下降-线性约束最小方差（SD-LCMV）算法计算最优权矢量,同时将对数、三角函数、指数函数及倒数4种非线性频偏增量方式引入一维均匀线性频控阵（ULA-FDA）阵列,仿真验证应用4种不同非线性频偏的ULA-FDA阵列发射方向图的解耦性能.之后,采用多信号分类（MUSIC）算法仿真得到不同频偏情况下的MUSIC谱函数,对比分析4种频偏增量方式下的目标距离-角度二维联合估计性能.此外,仿真分析了sin-FDA阵列的接收机结构方向图特性及基于sin-FDA收发共形阵列的3种接收信号处理机制,从而验证了非线性频偏频控阵（FDA）阵列结构的有效性.      

一种改进的逐次递推解模糊方法

针对通道相位噪声较大条件下干涉仪测角算法存在解模糊出错的问题,提出了一种基于相位差矢量平均的逐次递推解模糊改进方法.该方法通过对多次测量的各级相位差测量值进行矢量平均,利用矢量平均后的相位差估计值进行逐次递推解模糊测角运算.通过矢量平均降低通道间相位噪声的影响,提高解模糊过程中各级相位差的估计精度,从而达到即使在通道相位噪声较高的条件下也能够正确解模糊.计算机仿真结果验证了该算法的有效性.     

高分辨雷达角闪烁抑制方法探讨

角闪烁是雷达测量近距离目标时的主要误差。要提高角度测量和角跟踪精度,就必须对角闪烁进行抑制,距离高分辨为抑制角闪烁提供了有效途径。分析了基于距离高分辨的单脉冲测角方法;并在此基础上提出了基于目标几何中心的角度信息处理方法。与幅度加权处理方法不同,该方法利用散射点的距离信息对目标几何中心进行准确估计,从而提高角度测量精度、抑制角闪烁。经仿真实验分析表明,几何中心法可以有效提高测角精度,表现出具有更好的角闪烁抑制性能。     

MIMO雷达多目标角度估计的空间平滑改进算法

针对基于阵列协方差矩阵特征分解的子空间类算法存在的问题,提出了一种基于改进空间平滑的新方法。首先介绍了"等效信源"的概念,在此基础上分析了当目标数多于发射阵元数时,一些基于子空间类算法失效的原因;从理论上推导说明了在接收阵元数足够多的情况下,本文算法可突破发射阵元数对可估计目标数的限制的机理,从而使得MIMO雷达在发射阵元数较少时能估计更多的目标。仿真结果表明:本文所提方法具有比TDS算法更好的估计性能。     

基于矩阵填充的子阵重构二维波达方向估计算法

为提高稀疏阵列下二维波达方向(2D-DOA)估计的效率,提出1种基于加速近邻梯度矩阵填充的子阵重构旋转子空间(APG-SRESPRIT)算法。建立了基于矩阵填充的稀疏阵列DOA估计信号模型,并验证该信号模型满足零空间性质。通过加速近邻梯度算法将该信号模型恢复为完整信号,划分子阵并构建合并矩阵。对合并矩阵进行奇异值分解,在子阵重构后估计目标角度,且目标角度自动配对。仿真实验表明该文算法可减少70%的阵元数量,且在稀疏阵列下准确估计2D-DOA。     

双基地MIMO雷达多目标定位及互耦参数估计

针对MIMO雷达收发阵元间存在互耦会严重影响目标定位算法性能的情况,提出一种双基地MIMO雷达多目标定位及互耦参数估计的算法.利用均匀线阵互耦矩阵的特点和MIMO雷达的特性获得满足ESPRIT算法的信号子空间,在不需要任何互耦矩阵信息情况下采用ESPRIT算法实现了目标角度估计,且估计出的角度参数自动配对.根据所估计的目标方位角度,利用信号子空间和联合导向矩阵之间的关系,将MIMO雷达的互耦参数估计转化为线性约束二次最小化问题,估计出互耦系数矩阵,实现了MIMO雷达的自校正.该方法的优点是避免了多维空间谱搜索带来的庞大计算量和迭代中的全局收敛性问题,同时得到了收、发阵列互耦参数估计的闭式解.仿真结果表明算法估计性能接近于互耦已知时二维MUSIC算法.     

基于动态规划的雷达弱目标检测前跟踪算法

针对中重频雷达弱目标检测的距离-多普勒模糊问题,提出了一种基于动态规划的检测前跟踪算法。在多重频工作模式下,将目标的状态分解为模糊状态和模糊数两类变量,将解模糊问题转变为对模糊状态和距离-多普勒模糊数的联合估计问题。对每个单重频雷达数据都采用动态规划算法估计目标状态并获取目标最大的航迹能量。最后采用余差查表法解距离-多普勒模糊并回溯目标真实航迹。仿真结果表明,在存在距离-多普勒模糊的情况下,该算法对雷达弱目标具有很好的检测性能。     

基于四阶累积量的MIMO雷达空间平滑角度估计算法

针对MIMO雷达系统的多目标DOA估计问题,本文提出了一种基于四阶累积量的双向空间平滑算法。当目标数多于发射阵元数,接收信号发生相干现象使普通子空间类算法可估计DOA数受到限制。本文提出的算法通过对接收信号构造四阶累积量矩阵,并对构造的矩阵做子阵空间平滑处理,在接收阵元足够多的情况下,可估计比发射阵元数更多的目标,并且在高斯白噪声下和高斯色噪声背景下均具有有良好的DOA估计性能。     

基于张量ESPRIT-SVD算法的双基地MIMO雷达测向方法

针对双基地MIMO雷达的波离方向(DOD)和波达方向(DOA),提出了一种基于张量ESPRIT-SVD的估计方法。该方法利用匹配滤波输出数据具有多维结构特性构造3阶测量张量,进而获得协方差张量并通过高阶奇异值分解(HOSVD)来估计信号子空间。然后利用ESPRIT算法估计目标的波离方向,使用估计的波离方向构建发射端的导向矢量,将信号子空间进行矩阵变换并与构建的发射端的导向矢量一起构造新的数据矩阵,将新构造的数据矩阵经过奇异值分解(SVD)来估计接收端的导向矢量,最后估计目标的波达方向。该算法在小快拍情况下具有较好的均方根误差、成功概率等性能,且运算量低,估计的波离方向和波达方向不需要额外配对。