分布式陣列雷達(dá)角度估計(jì)及解模糊算法研究.pdf

1、分布式陣列(DSA)雷達(dá)作為近年來學(xué)術(shù)界提出的一種新體制雷達(dá)，因具有常規(guī)陣列雷達(dá)所不具備的優(yōu)勢，受到雷達(dá)界的廣泛關(guān)注。分布式陣列雷達(dá)是由多個分散布置的小孔徑子陣列雷達(dá)組成。與常規(guī)陣列雷達(dá)相比，分布式陣列雷達(dá)能夠擴(kuò)大陣列的物理孔徑，提高角度估計(jì)性能，并且增強(qiáng)系統(tǒng)的機(jī)動性和戰(zhàn)場生存能力。但是分布式陣列的子陣間距遠(yuǎn)大于半波長，不滿足空域奈奎斯特采樣定理，角度估計(jì)時會出現(xiàn)測角模糊。針對上述問題，本文圍繞分布式陣列雷達(dá)的角度估計(jì)及解模糊算法展開研

2、究，主要內(nèi)容如下:
　　1.介紹了分布式陣列角度估計(jì)所涉及的一些基本知識。首先建立了分布式陣列的信號模型，這是本文工作的理論基礎(chǔ)。然后根據(jù)分布式陣列的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推導(dǎo)了分布式陣列方向圖的數(shù)學(xué)表達(dá)式。以陣列方向圖為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究了分布式陣列的波束寬度和柵瓣特性，并且通過仿真實(shí)驗(yàn)分析了柵瓣對角度估計(jì)性能的影響。最后，針對由柵瓣引起的測角模糊問題，介紹了一種普遍應(yīng)用于分布式陣列角度估計(jì)領(lǐng)域的雙尺度旋轉(zhuǎn)不變子空間(ESPRIT)算法，并給出

3、了分布式陣列門限效應(yīng)的基本概念。通過仿真結(jié)果比較了分布式陣列與常規(guī)陣列在角度估計(jì)性能方面的優(yōu)劣性。
　　2.研究了分布式陣列角度估計(jì)性能的分析方法。首先根據(jù)分布式陣列的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推導(dǎo)了其相參和非相參克拉美羅界(CRB)。其次，針對雙尺度ESPRIT算法，將均勻線陣ESPRIT算法的角度估計(jì)性能分析方法推廣至分布式陣列，給出了雙尺度ESPRIT算法的角度估計(jì)性能分析方法，并通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證其有效性。為了分析分布式陣列的門限效應(yīng)，將

4、最大后驗(yàn)概率(MAP)估計(jì)分別與上述兩種性能分析方法相結(jié)合，提出了基于MAP估計(jì)的分布式陣列角度估計(jì)性能分析方法，并對分布式陣列的信噪比(SNR)門限和基線長度門限進(jìn)行了近似計(jì)算。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果證明了所提方法的有效性。
　　3.研究了分布式陣列雷達(dá)的高精度角度估計(jì)方法。為了減小SNR門限和基線長度門限對分布式陣列角度估計(jì)性能的影響，以雙尺度ESPRIT算法為基礎(chǔ)，提出了三種分布式陣列高精度角度估計(jì)方法。首先從對子陣陣元選取進(jìn)行優(yōu)化

5、的角度出發(fā)，提出了一種基于最優(yōu)子陣劃分的分布式陣列高精度角度估計(jì)方法。該方法通過對分布式陣列的子陣陣元進(jìn)行最優(yōu)劃分，提高了解模糊時參考估計(jì)的精度，減小了門限效應(yīng)對分布式陣列角度估計(jì)性能的影響。然后從調(diào)整分布式陣列結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，提出了基于輔助子陣的分布式陣列高精度角度估計(jì)方法。該方法在陣列的兩個子陣間添加了一個與子陣結(jié)構(gòu)完全相同的輔助子陣，利用新陣列子陣間的平移不變關(guān)系，并結(jié)合多步解模糊方法得到高精度無模糊的角度估計(jì)。最后，針對雷達(dá)載體

6、平臺面積較小時，角度估計(jì)性能較差的問題，提出了多基線分布式陣列的高精度角度估計(jì)方法。該方法可以在子陣陣元數(shù)受載體平臺面積的限制時，實(shí)現(xiàn)無模糊高精度的角度估計(jì)。此外，利用MAP法對上述所提算法的角度估計(jì)性能進(jìn)行了分析，并給出了SNR門限和基線長度門限的近似計(jì)算方法。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果證明了所提算法的有效性。
　　4.研究了雙基地分布式陣列MIMO雷達(dá)的高精度角度估計(jì)方法。鑒于雙基地MIMO雷達(dá)在角度估計(jì)方面的優(yōu)點(diǎn)，研究了分布式陣列在雙基

7、地MIMO雷達(dá)中的應(yīng)用，并提出了相應(yīng)的角度估計(jì)方法。首先，提出了一種雙基地稀疏陣MIMO雷達(dá)的距離信息解模糊方法，該方法在解角度模糊時，創(chuàng)新性地利用了目標(biāo)的距離信息和雙基地雷達(dá)的幾何關(guān)系，可以得到高精度無模糊的角度估計(jì)。然后利用這種算法的解模糊思想和自動配對ESPRIT算法原理，對雙尺度ESPRIT算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于目標(biāo)距離信息解模糊的雙尺度自動配對ESPRIT算法，并根據(jù)所提算法估計(jì)誤差的概率統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行角度估計(jì)性能分析，