基于ESPRIT算法的双基地MIMO雷达幅相误差分析

对于双基地多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）雷达,发射和接收阵列幅相误差耦合到一起,不易单独测量。针对阵列存在小扰动幅相误差的MIMO雷达,分别推导了借助旋转不变信号参数估计技术（estimating signal parameter via rotational invariance techniques,ESPRIT）算法的到达角（direction of arrival,DOA）和离开角（direction of departure,DOD）的均方根误差（root mean square error,RMSE）与幅相误差关系表达式。与其他方法相比,ESPRIT算法可以将发射和接收阵列的幅相误差进行解耦,并且DOA和DOD的RMSE只与阵列相位误差相关,与阵列幅值误差无关。仿真结果表明,理论值和仿真实验值能够较好地吻合,验证了理论的正确性。     

双基地MIMO雷达目标跟踪性能分析

研究双基地多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达目标跟踪的性能。建立双基地MIMO雷达发射相干脉冲串时的目标跟踪数学模型,给出反映目标跟踪性能的贝叶斯克拉美罗界（Bayesian Cramer-Rao bound, BCRB）递推式。针对目标的线性状态方程和双基地MIMO雷达的量测方程,求解BCRB的递推式。最后仿真分析各参数对跟踪性能的影响,结果表明量测信噪比越大、量测脉冲数越多、阵元间距越大跟踪性能越好,且在总发射功率一定的条件下,发射阵元数越多跟踪性能越好。     

基于冗余阵元优化的双基地嵌套MIMO雷达目标DOD和DOA联合估计方法

针对传统双基地嵌套多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达进行目标参数估计时精度差、角度分辨率低和自由度低等问题, 提出了一种基于利用虚拟冗余阵元的重建Toeplitz矩阵算法对目标的波离方向角(direction of departure, DOD)和波达方向角(direction of arrival, DOA)开展参数估计的方法。首先, 将两个嵌套阵列空间分置后分别形成双基地MIMO雷达的接收阵列和发射阵列, 阵列经处理后的虚拟接收信号存在大量冗余虚拟阵元。其次, 将冗余虚拟阵元对应的协方差数值进行平均处理替代原值, 形成新的虚拟接收信号。然后,通过利用两个选择矩阵在虚拟接收阵列和虚拟发射阵列中分别构建空间平滑子阵的方法重构Toeplitz矩阵, 来重组虚拟接收信号。最后, 利用常规子空间类算法对等效虚拟信号开展空间谱估计, 实现DOD和DOA的相互匹配, 所提算法在估计性能和自由度性能方面与其他算法对比效果更好。     

双基地MIMO雷达的DOD和DOA联合估计

将收发端各分成两子阵,建立了非均匀线阵下的双基地多输入多输出雷达数学模型。提出了ESPRIT谱搜索法和ESPRIT多项式求根法两种角度估计算法,并利用最大似然估计法实现了参数的正确配对,其优点是当不能提取出收发旋转不变因子时,应用本文算法仍能进行角度估计,放宽了ESPRIT算法对阵元配置的要求。仿真实验表明,低信噪比时,ESPRIT多项式求根法的估计精度优于ESPRIT谱搜索法;高信噪比时,两者的测向精度均接近于克拉美罗下限。同时,ESPRIT多项式求根法避免了谱峰搜索,极大地减少了计算量,在实际应用中更有利于推广。     

基于L型阵列MIMO雷达的多目标分辨和定位

针对多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达的自由度特性,提出了一种单基地L型阵列MIMO雷达的空间多目标分辨和定位方案和基于Capon波束形成器的MIMO Capon二维空间谱估计方法。该方法可对空间目标二维DOA进行估计从而完成对多目标的分辨定位,对方案中可分辨定位目标数目进行了分析。分析和仿真结果表明,将该方案应用于雷达目标定位系统中,在实际阵元数目不变的情况下,可提高系统自由度的利用率,增加可分辨目标数目,节约成本。     

双基地MIMO雷达二维方位角及多普勒频率联合估计

提出了一种新的双基地多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达二维方位角及多普勒频率联合估计算法。该算法基于m-Capon方法将目标波离方向(direction of departure, DOD)与波达方向(direction of arrival, DOA)相“去耦”,得出了对目标DOD和DOA的估计;然后,在对目标二维方位角的估计的基础上,算法可进一步估计出目标的多普勒频率。因此,其估计出的目标二维方位角与多普勒频率可自动配对。该算法无需预判目标数及对数据协方差矩阵特征值分解,且对目标二维方位角与多普勒频率的联合估计不涉及高维的非线性优化搜索,具有较小的计算量。此外,该算法可适用于发射和接收阵列为任意阵列结构的双基地MIMO雷达系统。计算机仿真结果证明了本文方法的正确性和可行性。     

隐身目标的双基地雷达探测技术

以F-117A作为典型的隐身目标,提出一种计算隐身目标双基地雷达探测区域的新方法。通过对指定的雷达警戒区域进行网格剖分,在不同的网格节点位置计算隐身目标的双站雷达散射截面,由双基地雷达方程出发,从能量角度得到雷达探测判定不等式,计算目标的雷达探测区域。给出了应用该方法的具体步骤,通过仿真实验证明了该算法的可行性。     

非均匀线阵MIMO雷达的多目标定位方法

提出一种非均匀线阵多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达的多目标定位方法。该方法基于阵列内插技术,构造一个内插矩阵对非均匀线阵MIMO雷达进行处理,满足虚拟均匀线阵MIMO雷达的特性,推导出虚拟均匀线阵MIMO雷达的信号子空间,最后利用旋转不变信号参数估计技术（estimating signal parameter via rotational invariance techniques, ESPRIT）对目标方位角度进行估计。其优点是突破ESPRIT算法对阵元配置的要求,且有效增加了阵元数目(实为虚拟阵元),提高了方位角分辨率。仿真结果表明,该算法增加了MIMO雷达探测目标数,角度估计精度接近克拉美罗界根。同时,所估计的二维方位角参数自动配对,不需要额外的配对运算,计算量小。     

双基地MIMO雷达参数辨识性分析

与传统的相控阵雷达不同,多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达可以发射彼此正交的信号来形成独立信道,通过将各信道内的目标雷达反射截面积(radar cross section, RCS)进行平均可以有效抑制目标衰落,进而提高其参数辨识性能。根据给出的双基地MIMO雷达系统模型,对系统最多可分辨和定位目标的数目进行分析,并给出理论证明。分析表明,利用目标反射系数的非相关特性,双基地MIMO雷达最多可有效分辨和定位收发阵元数的乘积减1个目标。仿真实验证明了结论的正确性。     

突出重点目标跟踪的分布式MIMO雷达阵元选取

在分布式多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达执行目标检测和跟踪多任务时, 为了在多个目标中突出对重点目标的跟踪, 提出了基于改进公平起点搜索的阵元选取模型与求解算法。在限定目标检测性能、跟踪性能和系统资源的前提下, 以最小的阵元集合为代价函数, 建立优化模型。为在同一框架下讨论系统的不同性能指标, 对参数进行预处理, 将表征跟踪性能的位置估计误差界进行去量纲化、归一化处理。分别引入表征目标重要程度和任务重要程度的权重因子, 得到表征系统综合性能的参数。遍历每一个初始阵元对, 逐次增加对系统贡献最大的阵元, 最终完成阵元集的选择。仿真结果表明, 所提算法能够提供接近穷举算法的性能并有效降低系统计算量。     

目标定位的分布式MIMO雷达资源分配算法

为了提高分布式多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达的目标定位精度,分析了阵元、发射功率和信号带宽对定位精度的影响,进而提出一种将三者联合优化的资源分配算法。首先,以最小化目标的平方位置误差下限(squared position error bound,SPEB)为目标函数,建立了包含阵元、功率和带宽3个变量的优化模型;然后,通过推导最优功率分配矢量和带宽分配矢量的关系简化模型;最后利用凸松弛和循环最小化算法将优化问题转化成二阶锥形式,求解得到最优的资源分配策略。仿真结果表明,利用所提出的算法进行资源分配能明显提高目标的定位精度;信号有效带宽对目标定位精度的影响大于发射功率。     

基于矢量重构的双基地MIMO雷达相干多目标定位

提出了一种基于目标信息矢量重构的双基地多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达相干信源角度估计方法。利用目标信息矢量中的元素,构造出解相干处理的通用块Hankel矩阵。证明了该矩阵的秩为总目标数时矩阵行数和列数所应满足的条件,并基于奇异值分解求解出信号和噪声子空间,然后利用ESPRIT算法获得角度的估计值。同时,给出了直接数据提取法和特征矢量提取法来获得目标的信息矢量。仿真实验表明：本文算法能够有效地估计出相干信源的收发角度,且实现自动配对;当兼顾角度估计精度和算法的复杂度时,应满足块Hankel矩阵的行数不大于列数;在低信噪比下,本文算法的估计精度优于空间平滑算法,且特征矢量提取法的估计精度优于直接数据提取法。     

调频步进雷达的目标速度估计方法

针对调频步进雷达目标运动对合成距离像的影响,提出了一种快速的速度估计方法.根据调频步进雷达运动目标的回波特性,首先对压缩后的子脉冲进行包络平移.然后将前后两帧中同一频率的信号进行相关处理,对消相位项中距离信息及距离和速度交叉信息,只保留速度信息.再通过快速傅里叶变换处理,完成速度的快速估计.最后利用估计的速度对回波进行补偿,得到了清晰的一维距离像.仿真结果证明了该方法的有效性.     

Non-LOS target localization via millimeter-wave automotive radar

This paper considers the non-line-of-sight(NLOS)vehicle localization problem by using millimeter-wave(MMW)automotive radar. Several preliminary attempts for NLOS vehicle detection are carried out and achieve good results. Firstly, an electromagnetic(EM) wave NLOS multipath propagation model for vehicle scene is established. Subsequently, with the help of available multipath echoes, a complete NLOS vehicle localization algorithm is proposed. Finally, simulation and experimental results validate t...     

针对目标跟踪的分布式MIMO雷达资源分配算法

基于分布式多输入多输出雷达,针对目标跟踪精度的优化问题提出了一种联合资源优化分配算法。首先,推导了机动目标跟踪误差的贝叶斯克拉美罗下界(Bayesian Cramer Rao lower bound, BCRLB),由BCRLB可知其跟踪精度主要由信号发射功率、带宽和信号有效时宽决定。然后,以最小化目标的BCRLB为目标函数,建立了包含相应的3个资源变量的优化模型,分析可知该模型的求解是一个非凸问题的求解。所以采用循环最小化算法和凸松弛的方法将这个非凸的优化模型转化为凸优化模型进行求解。最后,仿真结果表明,利用所提出的资源分配算法能明显提高机动目标的跟踪精度。     

双基地MIMO雷达相干目标角度估计算法

提出一种双基地多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）雷达相干多目标角度快速估计算法。采用单次快拍数据构建的一组Toeplitz矩阵重构出新的协方差矩阵,使得矩阵的秩等于目标的总个数;通过矩阵变换使得变换后的协方差矩阵满足centro Hermitian性,即可利用酉变换将复矩阵转化为实矩阵进行实数域的参数求解,采用旋转不变信号参数估计（estimation of signal parameters via rotational invariance technique, ESPRIT）算法即可准确估计出对应的目标角度。通过仿真表明：所提算法能够实现相干目标源的角度估计且参数自动配对;降低了复矩阵特征分解所带来的巨大运算复杂度,具有更高的参数估计精度和算法稳健性;同时能够对移动目标进行角度跟踪,具有良好的跟踪性能。     

存在强旁瓣目标的机载雷达地面运动目标检测

针对机载雷达进行地面运动目标检测时不可避免地要面对一些强旁瓣目标的情况下,提出了一种在强旁瓣目标环境下的运动目标检测算法,该算法在估计出强旁瓣目标频率的基础上利用最大似然方法估计运动目标的幅度来进行检测,可以有效地克服强旁瓣目标对地面目标检测的影响。给出了应用该方法的具体步骤,通过仿真实验证明了该算法的有效性。