稀疏陣MIMO雷達(dá)目標(biāo)方位估計(jì)算法研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)雷達(dá)是利用多個(gè)發(fā)射天線同步地發(fā)射不同的信號(hào)一起照射目標(biāo)，同時(shí)使用多個(gè)接收天線系統(tǒng)接收目標(biāo)回波信號(hào)，并集中處理的一種新的雷達(dá)體制。它在被提出后，引起了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的濃厚興趣。
　　本論文針對(duì)相參型MIMO雷達(dá)稀疏陣角度估計(jì)問題進(jìn)行了研究，首先，對(duì)MIMO雷達(dá)的稀疏陣列的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究；然后對(duì)MIMO雷達(dá)稀疏陣的角度估計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行

2、了研究。本文的主要工作有以下幾個(gè)方面：
　　1.研究了MIMO雷達(dá)的稀疏布陣的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。為了獲得更好的等效收發(fā)方向圖，提出了一種基于改進(jìn)的離散人工蜂群算法的MIMO雷達(dá)的稀疏布陣的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。人工蜂群算法能夠快速收斂的關(guān)鍵性因素是跟隨蜂按照輪盤賭的方式選擇較優(yōu)蜜源并在其附近搜索，但這樣也使之極易陷入局部最優(yōu)。究其根本是由于輪盤賭選擇本身過于貪婪，使種群多樣性降低過快?；诖?，本文提出將云模型作為一種新的選擇模型來改進(jìn)人工蜂群

3、算法。云模型是一種非線性數(shù)據(jù)發(fā)生器，具有隨機(jī)性和穩(wěn)定傾向性的特點(diǎn)。這樣能夠在保證種群的多樣性的同時(shí)盡快收斂，在確保優(yōu)勢(shì)個(gè)體的同時(shí)兼顧劣勢(shì)個(gè)體的影響。另外，引入了鄰域搜索算法進(jìn)一步提高搜索精度。實(shí)驗(yàn)仿真分析證明了改進(jìn)的離散人工蜂群算法具有優(yōu)良的優(yōu)化性能，然后使用改進(jìn)的離散人工峰群算法對(duì)MIMO雷達(dá)的稀疏布陣進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在保證主瓣寬度不變的情況下，得到更低的旁瓣水平。
　　2.研究了MIMO雷達(dá)稀疏線陣的角度估計(jì)問題。和具有相同

4、數(shù)目的常規(guī)陣列相比，稀疏線性陣列具有更大的陣列孔徑和空間分辨率等優(yōu)點(diǎn)，但是稀疏線陣存在模糊特性問題，會(huì)引起較大的角度估計(jì)誤差。論文將稀疏線性陣列模型引入到MIMO雷達(dá)角度估計(jì)中，提高角度估計(jì)精度。為了消除MIMO雷達(dá)稀疏線陣存在的模糊性問題，本文基于多標(biāo)度方法，提出了一種基于ESPRIT的估計(jì)器來獲得角度估計(jì)值，該方法的主要思想是利用兩個(gè)估計(jì)子的組合來消除陣列模糊性，首先通過ESPRIT方法獲得具有模糊性的精細(xì)估計(jì)子，然后利用選擇矩陣獲

5、得無模糊性的粗估計(jì)子，利用粗估計(jì)子來消除精細(xì)估計(jì)子的模糊特性，從而獲得無模糊的真實(shí)角度估計(jì)值。但是當(dāng)陣列數(shù)較大時(shí)，選擇矩陣的維數(shù)會(huì)急劇的增加，于是進(jìn)一步提出了ESPRIT-MUSIC算法，該算法通過ESPRIT方法獲得具有模糊性的精細(xì)估計(jì)子，然后通過精細(xì)估計(jì)子得到一系列模糊的角度估計(jì)值，接著對(duì)這一系列模糊的角度估計(jì)值進(jìn)行MUSIC譜峰搜尋，從而消除稀疏線性陣列
　　的模糊特性，得到準(zhǔn)確的角度估計(jì)值。實(shí)驗(yàn)仿真分析證明基于ESPRIT

6、-MUSIC的角度估計(jì)方法能夠大幅度的提高角度估計(jì)精度，性能優(yōu)良。但是由于MUSIC方法進(jìn)行譜峰搜尋時(shí)需要進(jìn)行二維搜索，使得算法復(fù)雜度較大。為了降低算法復(fù)雜度，本文進(jìn)一步提出了RD(Reduced-Dimension)-ESPRIT-MUSIC的角度估計(jì)方法。該算法對(duì)MUSIC譜峰搜尋進(jìn)行了簡(jiǎn)化，從而只需要進(jìn)行兩次的一維搜索，就可獲得配對(duì)的高精度的角度估計(jì)值。實(shí)驗(yàn)仿真分析證明該算法在保證角度估計(jì)性能的前提下，大大的降低了算法復(fù)雜度。

7、r>　　3.研究了MIMO雷達(dá)任意稀疏陣的角度估計(jì)問題。任意稀疏陣列與稀疏線性陣列一樣，也可以提供更大的陣列孔徑，并且任意稀疏陣列的布陣方式更為隨意，受約束更小，但是其同樣會(huì)存在模糊性問題，會(huì)產(chǎn)生虛假的角度估計(jì)值。因此，為了消除MIMO雷達(dá)稀疏陣存在的模糊性問題，提出了基于MUSIC算法的去模糊方法，該算法的核心思想是利用降維的方式將發(fā)射角和接收角分別進(jìn)行估計(jì)，當(dāng)發(fā)射端存在模糊性時(shí)，對(duì)比原始發(fā)射陣列與滑動(dòng)后的發(fā)射陣列的MUSIC譜峰圖，

8、由MUSIC算法的原理可知，譜峰圖中能夠重合的是真實(shí)的發(fā)射角估計(jì)值，不能重合的為模糊角，通過這樣的方式去除模糊角得到真實(shí)的發(fā)射角估計(jì)值。再利用真實(shí)的發(fā)射角估計(jì)值得到真實(shí)的接收角估計(jì)值。同樣地，當(dāng)接收端存在模糊性時(shí)，對(duì)比原始接收陣列與滑動(dòng)后的接收陣列的MUSIC譜峰圖，譜峰圖中能夠重合的是真實(shí)的接收角估計(jì)值，不能重合的為模糊角，從而得到真實(shí)的接收角估計(jì)值。再利用真實(shí)的接收角估計(jì)值，得到真實(shí)的發(fā)射角估計(jì)值。并且該算法可以完成發(fā)射角和接收角的