基于十字阵的MIMO雷达的二维DOA估计

多输入多输出（MIMO）雷达使用多个天线同时发射独立波形,在不同位置的目标回波彼此线性独立,以获得较好的空间分辨率。文章提出了基于收发不共位的线阵在水平面内构成十字阵的MIMO雷达信号模型;研究利用MUSIC算法来估计该模型下的MIMO雷达的二维波达角;分析了基于均匀十字阵的MIMO雷达的优越性,并探讨了十字阵MIMO雷达性能与阵元间距的关系,仿真表明,在满足远场条件下,均匀十字阵比均匀线阵可以估计更多的目标而且精度更高;通过非均匀布阵,可以进一步提高MIMO雷达的二维波达角的估计精度。     

A low-complexity joint 2D-DOD and 2D-DOA estimation algorithm for MIMO radar with arbitrary arrays

In this article, we study the problem of four-dimensional angles estimation for bistatic multiple-input multiple-output (MIMO) radar with arbitrary arrays, and propose a joint two-dimensional direction of departure (2D-DOD) and two-dimensional direction of arrival (2D-DOA) estimation algorithm. Our algorithm is to extend the propagator method (PM) for angle estimation in MIMO radar. The proposed algorithm does not require peak searching and eigenvalue decomposition of received signal covariance matrix, because of this, it has low computational complexity. And it can achieve automatic pairing of four-dimensional angles. Furthermore, the proposed algorithm has much better angle estimation performance than interpolated estimation method of signal parameters via rotational invariance techniques (ESPRIT), and has very close angle estimation performance to ESPRIT-like algorithm which has higher computational cost than the proposed algorithm. We also analyze the complexity and angle estimation error of the algorithm, and derive the Cramer‐Rao bound (CRB). The simulation results verify the effectiveness and improvement of the proposed algorithm.     

基于约束最小冗余阵列的MIMO雷达二维波达方向估计

基于约束最小冗余线阵（RMRIA）,提出利用增广矩阵束（MEMP）算法来估计MIMO雷达的二维DOA。采用约束最小冗余线阵配置L形阵列,计算两线阵的互四阶累积量并构造增广矩阵,利用RMRLA—MEMP方法估计出二维波达方向。此方法同时利用约束最小冗余和四阶累积量阵列扩展的性质,提高了角度的估计精度,且估计过程不需要谱峰搜索,能够很好地解决MIMO雷达二维DOA估计中的相位模糊问题,仿真验证了算法的有效性。     

Joint Doppler frequency, 2D-DOD and 2D-DOA estimation for bistatic MIMO radar in spatial coloured noise

In this paper, we address the problem of four-dimensional angle and Doppler frequency estimation for L-shaped bistatic multiple input multiple output radar in spatial coloured noise. A novel method of joint estimation of Doppler frequency, two-dimensional direction of departure and two-dimensional direction of arrival based on the propagator method is discussed. Utilising the cross-correlation matrix which is formed by the adjacent outputs of matched filter in the time domain, the special matrix is constructed to eliminate the influence of spatial coloured noise. The proposed algorithm provides lower computational complexity and has very close parameter estimation to the estimation of signal parameters via rotational invariance techniques algorithm and DOA-matrix algorithm in high signal-to-noise ratio and Cramér–Rao bound is given. Furthermore, multidimensional parameters can be automatically paired by this algorithm to avoid the performance degradation resulting from wrong pairing. Numerical simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

多用户环境下阵列响应的闭式盲估计方法

本文通过剖析多径多用户环境下阵列输出信号二阶统计量的数据结构,提出了一种基于特征分解的闭式阵列响应盲估计方法,该方法适用于任何几何形状的阵列和未校准的阵列,且对信号特性和传播参数（散射源分布和入射角散布范围）的约束极少。理论分析与仿真结果是在近程该方法能够有效地进行阵列响应估计和信号分离,在空分多址（ＳＤＭＡ）的实现方面具有较强的实用性。     

适用于任意几何结构平面阵列的无网格DOA估计算法

由于在网格失配情况下依然具备良好的估计性能,无网格DOA估计算法近年来受到了广泛的关注与研究,其中又以基于原子范数最小化(ANM)的DOA估计算法最具代表性。随着可分离ANM(DANM)算法的提出,为ANM理论在2维DOA估计领域中的应用提供了可能。不过传统的DANM算法以及其后续的一系列改进算法都只适用于均匀矩形阵列(URA)或稀疏矩形阵列(SRA),无法适用于具有任意几何结构的平面阵列。针对上述问题,该文提出一种适用于任意几何结构平面阵列的无网格DOA估计算法,即B-DANM算法。该算法利用一类贝塞尔函数对实际平面天线阵列接收信号的协方差数据进行展开,从而获得适用于任意几何结构平面阵列的DANM算法框架,然后再通过求解半定规划问题、Toeplitz矩阵的Vandermonde分解以及估计参数配对、角度变换等过程来得到最终的DOA估计结果。仿真实验验证了,在任意几何结构平面阵列的测向系统中,B-DANM算法相比于传统的2维DOA估计算法在精度、分辨力等方面的优势。     

任意阵及其方位估计方法浅析

在阵列设计和应用中,由于种种原因,阵元位置往往呈现非均匀分布,符合任意阵的特点。由任意阵的概念出发,分析了任意阵概念提出的背景,选取几种典型的可用于任意阵的方法,对其各自的优缺点进行了探讨。     

MIMO雷达信号的盲源分离技术

针对MIMO雷达的信号特点,采用了一种多角度的雷达侦察方法,从不同的方位获取同一部雷达的独立信号样本。并在此基础上,运用主分量分析方法估计信号波形个数,运用独立分量分析的盲源分离方法分离出MIMO雷达信号的各个正交分量,最终以正交频分线性调频信号为例,在信噪比为0 dB的情况下对该信号进行了仿真分析,其结果验证了该方法的有效性。     

适用任意阵列的变换域二维波达角快速估计算法

 MUSIC(Multiple Signal Classification)算法是波达角(the Direction of Arrival,DOA)估计的经典算法之一,但其在二维DOA估计中因需进行二维谱峰搜索而计算量十分巨大.为降低MUSIC算法的计算量,本文在引入变换域DOA概念的基础上提出了一种能够适用于任意阵列结构的二维DOA快速估计算法,即变换域MUSIC(transformed domain-MUSIC,TD-MUSIC)算法.理论分析和仿真实验表明:该算法不但将空间谱峰搜索的范围减小一半而且具有更低维度的噪声子空间,因而其计算量远小于 MUSIC算法.同时,新算法具有比MUSIC更高的空间分辨率.     

矢量传感器阵列MIMO雷达高精度二维DOA与极化联合估计

该文采用矢量传感器配置下的十字型阵列MIMO雷达系统,提出一种新的2维高精度DOA与极化参数联合估计算法。首先根据MIMO雷达虚拟阵列导向矢量的特点,通过降维矩阵的设计及回波数据的降维变换,将高维回波数据转换至低维信号空间;然后基于传播算子获得对应信号子空间的估计,利用收、发阵列阵元间长基线对应的旋转不变性和极化矢量中电场矢量和磁场矢量的叉积进行2维高精度DOA估计和解模糊处理,同时利用与阵列结构无关的极化域旋转不变性进行极化辅角和极化相位差的联合估计。该矢量传感器MIMO雷达阵列可同时获取MIMO雷达的波形分集和矢量传感器的极化分集,无需额外增加阵元和硬件开销,能够有效扩展阵列孔径,提高参数估计性能;同时通过降维变换及传播算子,在获取信噪比增益的同时,能够实现2维高精度DOA和2维极化矢量的联合估计及参数的自动配对,有效降低数据处理维数和参数估计的运算复杂度;最后,仿真结果验证了理论分析的正确性和算法的有效性。     

基于阵列流型盲辨识的MIMO雷达二维DOD和二维DOA联合估计

MIMO（Multiple Input Multiple Output）雷达基于分集增益理念,使其相对于相控阵雷达,在目标探测、参数测量、多目标分辨及干扰识别和抑制等方面具有明显优势.目标角度估计是雷达目标参数测量的核心内容,也是雷达对空域目标进行定位和跟踪的前提.本文基于双L型阵列,提出了一种高精度低复杂度的双基地MIMO雷达二维离开角和二维到达角联合估计的新算法.通过对匹配滤波后的阵列接收数据进行子空间分解,实现了阵列流形矩阵的盲辨识,进而获得目标二维到达角和二维离开角的闭式解.所提算法估得的收发四维角（二维离开角和二维到达角）能够自动配对,与2-D ESPRIT（Two Dimensional Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）算法相比,运算复杂度约是其三分之一,角估计性能相当.仿真实验证明了所提算法以较低的运算复杂度,实现了对目标收发四维角的高精度联合估计.     

长码MIMO CDMA系统的快速盲信道估计方法

该文提出一种用于多输入多输出CDMA系统的信道快速盲估计方法。首先,设计了具有块对角结构的解相关器来消除多址干扰,然后简单地利用了解相关输出的一阶统计量,不需要训练序列,就可很好地估计出未知信道。该算法简单,仅用了少量的接收信号,具有较高的精度和鲁棒性。仿真结果表明了该估计方法的有效性。     

一种适用于MIMO雷达的低复杂度二维DOA估计方法

 本文提出了一种适用于收、发共阵多发多收(MIMO)雷达的低复杂度二维波达方向(DOA)估计方法.该方法将MIMO雷达的虚拟二维阵列分解为多个构形相同但位置不同的虚拟子阵,通过一种基于预投影的ESPRIT算法得到同一目标二维DOA的多组估计值,极大地降低了运算量.并利用Kalman滤波器对这多组二维DOA估计值进行融合,提高了估计值的精度.同时,利用收、发对偶性对样本数据进行了重排,等效地将样本数加倍,进一步提高了二维DOA估计精度.数值仿真的结果证明了该方法的有效性.     

基于快速张量分解的波束空间MIMO雷达二维DOA估计算法

传统MIMO雷达由于采用全向发射模式导致目标增益损失严重,致使DOA估计算法性能较差.因此,本文提出基于波束空间MIMO雷达的张量模型和快速张量分解的二维DOA估计算法.波束空间MIMO雷达能够通过发射波束成形技术将发射能量集中到指定空域,弥补传统MIMO雷达的发射增益损失.通过高阶张量模型应用MIMO雷达多脉冲接收数...     

基于二维嵌套阵的3D MIMO系统信道估计算法

信道估计通过对基站接收信号和用户端发送的已知导频序列进行处理获得。二维嵌套阵列可以节约系统的成本并且得到大规模MIMO（multiple-input multiple-output）天线阵列的性能,然而由于二维嵌套阵列的结构不规整,直接对基站接收信号进行处理具有一定的难度。本文提出一种基于2D-DFT（two-dimensional Discrete Fourier Transform）的信道重构算法,首先对接收信号做自相关处理转化为连续差分阵列的接收信号,然后通过2D-DFT估计出用户的每一条路径的初始DOA（the direction of arrival）,然后利用角度旋转技术增强DOA估计实现超分辨率估计,再根据精确的DOA估计通过传统的LS（least squares）估计方法估计出信道增益;最后重构出用户的信道。数值仿真验证了算法的有效性。      

MC V-BLAST系统的MIMO信道盲估计

本文研究多载波垂直分层空时(MC V-BLAST)系统的下行频率选择性衰落多输入多输出(MIMO)无线信道估计问题.本文首先为MC V-BLAST系统提出了一种新颖的移不变性编码方法.利用上述移不变性性质,本文进一步提出了相应的下行频率选择性衰落MIMO无线信道的盲估计方法.仿真结果表明了本文移不变性编码方法的有效性和信道盲估计方法的性能.     

Blind 2-D Angles of Arrival Estimation for Distributed Signals Using L-Shaped Arrays

Most existing two dimensional（2-D）angles of arrival（AOAs）estimation methods are based on the assumption that the signal sources are point sources.However,in mobile communications,local scattering in the vicinity of the mobile results in angular spreading as seen from a base station antenna array.In this paper,we consider the problem of estimating the 2-D AOAs of spatially distributed sources.First we perform blind estimation of the steering vectors by exploiting joint diagonalization,then the 2-D AOAs are obtained through two fast Fourier transforming of the estimated steering vectors.Simulations are carried out to illustrate the performance of the method.     

运动双基地MIMO雷达的参数估计性能

该文研究了收发站运动情况下双基地MIMO雷达的参数估计性能。首先,给出了运动双基地MIMO雷达的信号模型,推导出多目标下参数估计克拉美罗界(CRB)的一般表达式;其次,给出了单目标情况下发射角和接收角估计的CRB闭式解,并分析了收发站运动时,各参数对CRB的影响。理论和仿真结果表明：增大某一站(发射站/接收站)的运动速度,将提高该站所对应的角度(发射角/接收角)估计性能,但同时也降低了另一站所对应的角度估计性能;当发射站/接收站的运动视角垂直于发射角/接收角,而另一站的运动视角平行于接收角/发射角时,发射角/接收角的估计性能最优。     

单快拍数下双基地MIMO雷达的角度估计

提出了单快拍投影矩阵法来估计双基地MIMO雷达的收发角。对单次采样数据进行空间平滑处理,构造出了发射和接收向量,得到了收发端的噪声子空间投影矩阵,进而通过两个一维谱搜索估计出收发角度,并利用最大似然估计方法实现了参数的正确配对。由于此算法仅需一次快拍的数据,减少了计算量,且避免了使用过多的数据存储空间,更利于在实际中应用。仿真试验验证了理论分析的有效性。