MIMO雷達(dá)中角度估計和陣列校正研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷達(dá)是一種基于MIMO技術(shù)的新體制雷達(dá),其目標(biāo)檢測與參數(shù)估計性能均優(yōu)于傳統(tǒng)雷達(dá)。角度估計是MIMO雷達(dá)中一個重要的研究方向,在實際的MIMO雷達(dá)系統(tǒng)中,陣列模型存在任意性,脈沖數(shù)可能很少,甚至收發(fā)陣列陣元存在幅相誤差,這些因素都會影響角度估計的性能。針對實際應(yīng)用中可能碰到的情形,本文開展MIMO雷達(dá)中角度估計和陣列校正研究,選題具有重要理論意義和應(yīng)用價

2、值。本文主要研究工作如下:
　　(1)提出了收發(fā)陣列為任意陣的雙基地 MIMO雷達(dá)中一種低復(fù)雜度二維離開角(2 DimensionalDirection Of Departure,2D-DOD)與二維到達(dá)角(2Dimensional Direction Of Arrival,2D-DOA)聯(lián)合估計算法。該算法利用傳播算子(Propagator Method, PM),避免了復(fù)雜度較高的接收信號協(xié)方差矩陣特征值分解,同時采用傳播算子

3、空間的旋轉(zhuǎn)不變性估計角度,避免了傳統(tǒng)PM算法在任意陣MIMO雷達(dá)中所必須的譜峰搜索,因此該算法具有低復(fù)雜度。該算法還實現(xiàn)了收發(fā)角度自動配對,且其角度估計性能在高信噪比時逼近于近來提出的類似借助旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)估計信號參數(shù)(Estimation of Signal Parametersvia Rotational Invariance Techniques-like, ESPRIT-like)算法。
　　(2)考慮了MIMO雷達(dá)中相干信

4、源的角度估計問題,分別提出了單基地MIMO雷達(dá)中一種基于子陣列平移的低復(fù)雜度相干角度估計算法和雙基地 MIMO雷達(dá)中基于線性依賴平行切片(PARAllel profile with LINear Dependencies,PARALIND)分解的相干DOD與DOA聯(lián)合估計算法。前者具有低復(fù)雜度,且角度估計性能好于現(xiàn)存的一些相干角度估計算法。后者基于PARALIND分解不僅可以實現(xiàn)高精度的相干角度估計,而且可以得到空間多個目標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩

5、陣。
　　(3)承接相干角度估計問題,進一步研究單脈沖單基地MIMO雷達(dá)中相干角度估計問題,分別提出了單脈沖MIMO雷達(dá)中可用于相干角度估計的降維ESPRIT算法和基于矩陣重構(gòu)與三線性分解的相干角度估計算法。兩種算法都將單脈沖 MIMO雷達(dá)的接收信號數(shù)據(jù)重構(gòu)為若干Toeplitz矩陣,從而基于重構(gòu)后的矩陣集采用降維ESPRIT方法或三線性分解進行DOA估計。這兩種算法在單脈沖MIMO雷達(dá)中均有良好的相干角度估計算法性能,且前者復(fù)雜

6、度較低,后者性能更好。
　　(4)將理想MIMO雷達(dá)模型進行拓展,考慮更復(fù)雜的情況,即收發(fā)陣列存在幅相誤差條件下MIMO雷達(dá)中角度與幅相誤差聯(lián)合估計問題。通過構(gòu)建收發(fā)陣列存在幅相誤差的雙基地MIMO雷達(dá)接收信號模型,提出了雙基地MIMO雷達(dá)中一種聯(lián)合角度與陣元幅相誤差的PM-like算法。該算法利用輔助陣元在估計角度的同時也對陣列陣元進行動態(tài)校正,算法主要工作原理為利用有限的校正陣元消除未校正陣元的影響,進行角度估計,并利用角度估