集中式MIMO雷達測向方法研究.pdf

1、MIMO（Multiple-Input Multiple-Out）雷達是近年來提出的一種新型雷達體制，它借鑒了通信領(lǐng)域的MIMO理論。MIMO雷達主要分為兩類：統(tǒng)計型MIMO雷達和集中式MIMO雷達。由于兩種MIMO雷達各有較好的性能，因而引起了許多相關(guān)學者的研究。該論文主要研究的是基于壓縮感知理論和空間譜估計理論的集中式MIMO雷達測向方法，其中，集中式MIMO雷達包括單基地MIMO雷達和雙基地MIMO雷達。
　　現(xiàn)代信號處理基

2、于Shannon采樣理論，然而壓縮感知理論的提出突破了Nyquist頻率，使采樣頻率可以在小于 Nyquist頻率的條件下仍然完美的重建信號。壓縮感知首先要求信號在某一域內(nèi)具有稀疏性，而目標在空域中天然具有稀疏性，這使壓縮感知理論在測向估計中的應用成為可能。對于雙基地MIMO雷達，針對于相干源以及不相關(guān)信源本文提出了一種CS-root MUSIC算法。該算法首先對數(shù)據(jù)奇異值分解保留信號子空間以降低噪聲的影響，然后對保留的信號子空間矩陣變

3、換使其只與目標的DOA（Direction of arrival）有關(guān)以降低冗余原子矩陣中冗余原子數(shù)目，再通過Capon譜構(gòu)造權(quán)重矩陣以增加算法的估計精度，最后構(gòu)造對應于目標DOA的冗余原子矩陣并通過壓縮感知方法估計目標的DOA。對于目標的DOD，該算法根據(jù)目標的導向矢量正交于噪聲子空間通過求根MUSIC算法估計目標的DOD（Direction of Departure），且算法不需要額外配對，并且具有較好的測向精度；對于單基地MIMO

4、雷達，針對于相干源以及不相關(guān)信源提出了一種數(shù)據(jù)只有一列的基于壓縮感知理論的DOA估計方法。該方法依據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣特征分解的大特征值對應的特征矢量是目標導向矢量的線性組合，并且即使在最極端的情況下即目標完全相干時，最大特征值所對應的特征矢量依然是目標導向矢量的線性組合。因此該文對最大特征值對應的特征矢量利用壓縮感知理論恢復目標導向矢量的線性組合系數(shù)來估計目標的DOA，由于單基地MIMO雷達的導向矢量具有冗余元素，因此首先對特征矢量降維，

5、然后根據(jù)目標的導向矢量正交于噪聲子空間構(gòu)造權(quán)重矩陣以增加算法的估計精度。對比于奇異值分解的壓縮感知方法，該方法數(shù)據(jù)的列數(shù)不會隨著目標的數(shù)目發(fā)生變化，并且具有較高的精度。
　　針對雙基地MIMO雷達的ESPRIT（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）算法低信噪比的情況下測向精度低的問題，該論文提出了一種廣義ESPRIT算法以提高雙基

6、地MIMO雷達ESPRIT算法的性能。對于不相關(guān)信源，由于陣列流型張成的子空間與大特征值對應的導向矢量張成的子空間屬于同一空間，因此該算法利用信號子空間重構(gòu)陣列流型，并利用陣列流型的旋轉(zhuǎn)不變性估計目標的DOD，然后利用交換矩陣改變信號子空間矩陣行的位置，并重構(gòu)對應的陣列流型利用其旋轉(zhuǎn)不變性估計目標的DOA，并且目標的DOD和DOA可以自動配對。接著又提出一種廣義ESPRIT-root MUSIC算法，該算法通過利用廣義ESPRIT算法估