MIMO雷達(dá)信號處理-目標(biāo)檢測與角度估計.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)雷達(dá)具有多個發(fā)射陣元和接收陣元，可以發(fā)射和接收多個任意波形，使得MIMO雷達(dá)設(shè)計者擁有更多的設(shè)計自由度。根據(jù)不同的應(yīng)用背景和需求，對其發(fā)射波形以及相應(yīng)的信號處理算法進(jìn)行設(shè)計，可以實現(xiàn)目標(biāo)檢測、參數(shù)估計、目標(biāo)識別以及跟蹤等方面的性能提升。本文根據(jù)MIMO雷達(dá)信號處理研究進(jìn)展，重點開展了MIMO雷達(dá)的目標(biāo)檢測和角度估計的研究，主要貢獻(xiàn)如下：
　　

2、1.研究了未知統(tǒng)計特性的空時二維雜波背景下MIMO雷達(dá)自適應(yīng)檢測問題。
　　 首先基于廣義最大似然比原理，將單基地雷達(dá)的廣義最大似然比檢測器(GeneralizedLikelihood Ratio Test，GLRT)推廣到MIMO雷達(dá)，給出了MIMO-GLRT檢測器，并推導(dǎo)出其檢測概率和虛警概率的閉合表達(dá)式。然后，根據(jù)MIMO雷達(dá)雜波協(xié)方差矩陣的塊對角特性，給出了一種簡化MIMO-GLRT檢測器，降低了MIMO-GLRT檢測器

3、算法的復(fù)雜度，并在兩個虛擬雙基雷達(dá)的情形下，推導(dǎo)出簡化MIMO-GLRT檢測器檢測概率和虛警概率的表達(dá)式。最后，針對參考單元數(shù)據(jù)不足引起的估計協(xié)方差矩陣病態(tài)問題，將對角加載技術(shù)應(yīng)用到簡化MIMO-GLRT檢測器中，研究了簡化MIMO-LGLRT檢測器，改善了估計協(xié)方差矩陣的數(shù)值狀態(tài)，并對檢測性能進(jìn)行理論分析。
　　 2.研究了未知雜波背景下MIMO雷達(dá)的旁瓣目標(biāo)抑制和魯棒目標(biāo)檢測技術(shù)。
　　 首先，為提高M(jìn)IMO雷達(dá)對旁

4、瓣目標(biāo)的抑制能力，給出MIMO雷達(dá)的自適應(yīng)正交抑制波束形成檢測器(Adaptive Beamformer Orthogonal Rejection Test，ABORT)MIMO-ABORT和自適應(yīng)錐抑制檢測器(Adaptive Detector With Comc Rejection，ADCR)MIMO-ADCR。然后，針對導(dǎo)向向量誤差問題，研究了MIMO雷達(dá)的自適應(yīng)子空間檢測算法，給出MIMO-SGLRT、MIMO-SABORT和M

5、IMO-SRao檢測器，提高了檢測器對導(dǎo)向向量誤差的魯棒性。最后，給出MIMO雷達(dá)的自適應(yīng)錐檢測和錐抑制檢測器(Adaptive Detector with Conic Acceptance and Rejection，ADCAR)MIMO-ADCAR。通過調(diào)整該檢測器錐的參數(shù)，綜合調(diào)整MIMO雷達(dá)的旁瓣目標(biāo)抑制能力和檢測性能。
　　 3.研究了對稱α穩(wěn)定(Symmetric Alpha Stable，SαS)沖擊雜波和復(fù)合高斯

6、雜波兩種非高斯雜波背景下MIMO雷達(dá)的波達(dá)方向(Direction of Arrival，DOA)估計問題。
　　 對于SαS沖擊雜波背景，首先分別采用分?jǐn)?shù)低階矩(Fractional Lower Order Moment，F(xiàn)LOM)和無窮范數(shù)(Infinity-norm，Inf)歸一化對MIMO雷達(dá)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到有界統(tǒng)計量。然后，在分析相應(yīng)的預(yù)處理后數(shù)據(jù)矩陣子空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將多重信號分類(Multiple Sig

7、nal Classification，MUSIC)算法應(yīng)用到MIMO雷達(dá)，實現(xiàn)DOA估計。對于復(fù)合高斯雜波背景，研究了該背景下MIMO雷達(dá)對目標(biāo)DOA估計理論性能，推導(dǎo)出平均克拉美-羅下界(Average Crammer-Rao Bounds，ACRB)和中斷克拉美-羅下界(OutageCRB，OCRB)并分析了這兩種下界的性質(zhì)。
　　 4.研究了MLMO雷達(dá)對相干目標(biāo)的波離方向(Direction of Departure，D

8、OD)和DOA估計算法。
　　 首先分析了MIMO雷達(dá)接收數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣元素的表示形式，利用該協(xié)方差矩陣中的元素，構(gòu)造出一個新數(shù)據(jù)矩陣。該新數(shù)據(jù)矩陣可以分解為信號子空間和噪聲子空間，同時信號子空間的秩等于目標(biāo)的個數(shù)，不受目標(biāo)之間相關(guān)性的影響。然后基于旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)的信號參數(shù)估計(Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariant Techniques，ESPRIT)算法有效