阵列雷达的分层介质目标频域匹配滤波成像算法

为了对平面分层介质目标的内部结构实现高分辨三维（Three-Dimensional,3D）成像,提出了一种基于频域匹配滤波（Frequency-Domain Matched Filter,FDMF）的快速成像算法。该算法应用了毫米波单发单收（SingleInput Single-Output,SISO）阵列雷达体制,利用电磁波在平面分层介质间传播时电磁波的切向分量将保持连续这一规律,将SISO平面阵列雷达单个阵元的时域回波数据变换至频域后,化简雷达回波模型,最后将阵列的空域回波数据变换至波数域并作相位补偿及累加求和运算实现介质内部的图像重构。与同样适用于该应用场景的改进后向投影（Improved Back Projection,IBP）算法相比,所提算法避免了电磁波在介质分界面上折射点的计算,有效降低了计算复杂度;与相移偏移（Phase Shift Migration,PSM）算法相比,所提算法仍具有一定的效率优势;数值仿真和实验结果验证了所提算法的有效性。     

基于ANM的非均匀圆阵二维DOA估计

传统的基于原子范数最小化（Atomic Norm Minimization, ANM）的波达方向（Direction of Arrival, DOA）估计算法无法直接应用于不满足范德蒙德结构的非均匀圆阵,针对这一问题提出了一种基于虚拟阵列变换的改进方法。以某非均匀圆阵作原始阵列为例,首先通过虚拟阵列变换处理原始阵列接收的数据,使其转换为虚拟的均匀L阵接收数据,将非均匀圆阵上的DOA估计问题转化为两个均匀线阵上的DOA估计问题,再利用基于ANM的DOA估计算法与L型阵的二维角度关系还原出方位角和俯仰角。通过仿真与实测实验验证了所提算法应用于非均匀圆阵的可行性,并分析其DOA估计结果,证明其拥有较高的估计精度。     

基于内插阵列变换的非圆信号MUSIC算法

针对非圆信号的波达方向(DOA)估计问题,提出一种基于内插阵列变换的非圆信号MUSIC算法(VIA-NC-MUSIC算法)。利用真实阵列流型与虚拟阵列流型之间的变换矩阵,将真实协方差矩阵变换为虚拟协方差矩阵,再对虚拟协方差矩阵进行奇异值分解(SVD),利用信号子空间与噪声子空间的正交性,得出算法的空间谱函数。仿真实验表明:存在阵元位置误差的情况下,新算法通过对阵元位置校准数据进行内插阵列变换(VIA),取得与阵元位置校准的非圆信号MUSIC算法(NC-MUSIC算法)相当的估计性能,保持了高估计精度、阵列扩展能力等优点。     

一种毫米波干涉仪测向算法

提出了一种毫米波干涉仪二维测向解模糊算法.通过对圆形阵列阵元与参考阵元之间的测量相位差进行一次或多次虚拟变换运算,获得虚拟阵元与参考阵元之间的无模糊相位差.无模糊相位差被用来得到粗略无模糊的波达方向估计,此粗略无模糊的波达方向估计被用来解原阵列阵元和参考阵元的周期性相位模糊.进而获得高精度波达方向估计.仿真实验表明,所提算法在毫米波频率范围内能获得高精度的二维测向结果.     

智能天线系统中空间分域虚拟阵列的DOA估计算法研究

在即将商用的3G移动通信系统中,智能天线技术成为研究的热点,本文是以智能天线技术中DOA估计为基础,研究一种可提高估计能力的虚拟阵列DOA估计算法.介绍了虚拟阵列变换技术,根据智能天线系统的特点,采用空间分域的子阵思想,结合虚拟阵列变换技术,实现空间分域的虚拟阵列DOA估计.     

基于非均匀采样的空间谱估计

文中引入非均匀采样对阵列通道进行建模,提出一种基于阵列非均匀采样的DOA估计方法.该方法利用非均匀采样的时间间隔随机性,每一次快拍都等效于随机改变空间阵元的间隔,相当于基于虚拟阵列变换得到一个时变的自适应的虚拟非均匀阵列结构.基于阵列非均匀采样的空间谱估计能突破空域采样定理的限制,使用较大的阵元间距检测出来波方向,克服了均匀采样条件下阵元间距增大引起的角度模糊现象,而且增大的阵元间距也提高了空间谱估计的分辨率和精度.进一步的实验表明该方法的有效性并改善了小信噪比条件I)OA估计精度.     

基于虚拟阵列变换的干涉仪测向算法

针对宽带测向中的相位模糊问题,提出了一种基于虚拟阵列变换的干涉仪测向算法.该算法利用实际阵列的相位差作矢量运算,从而获得新的相位差,将新的相位差作为虚拟阵列相邻阵元的相位差,由此求得入射信号的方位角和俯仰角估计.经过虚拟阵列变换所获得的虚拟阵列半径较原阵列半径缩小了,从而使得系统的无模糊频段得到了扩展,为解相位模糊提供了一种新的途径.仿真结果验证了虚拟阵列变换的正确性及基于该变换的干涉仪测向算法的有效性.     

FMCW车载毫米波雷达空时码信号处理方案

空时分组码是无线通信系统中的一种抗信道衰落和提高系统容量的编码方法,能够同时获得分集增益和编码增益。由此将MIMO通信和MIMO脉冲雷达中应用较多的空时分组码引入FMCW车载毫米波雷达信号处理中,通过对发射信号和接收信号的编码解耦,形成更大天线孔径的虚拟阵列,提高了系统角度分辨率。相比于基于时间分集的虚拟阵列算法,基于空时分组码的虚拟阵列算法能够在单天线功率受限的场景下,获得多根天线同时工作带来的功率增益。同时,针对空时分组码中目标运动带来的相位误差问题,根据FMCW车载毫米波雷达低复杂度的系统需求,设计了一种适用于相干目标的运动相位校准算法。仿真结果表明,基于空时分组码的FMCW车载毫米波雷达信号处理算法相比于已有算法能够获得更好的系统性能。     

内插阵列变换扩展传播算子算法

扩展传播算子(EPM)算法是首先对数据进行扩展,再利用传播算子(PM)方法进行测向的一种算法,该算法充分利用了非圆信号的特点,分辨力和估计精度优于未充分利用非圆信号信息的经典高分辨算法。但是在实际信号测向中,由于阵元位置误差的存在,算法的估计性能会受到一定的影响。因此提出一种基于内插阵列变换的扩展传播算子(VIA-EPM)算法,该算法利用真实阵列流型与虚拟阵列流型之间的变换矩阵,将真实协方差矩阵变换为虚拟协方差矩阵,再对虚拟协方差矩阵进行分块并得出扩展传播算子,进而得出算法的空间谱函数。仿真实验表明:在存在阵元位置误差的情况下,新算法通过对阵元位置校准数据进行内插阵列变换(VIA),取得与阵元位置校准的EPM算法相当的估计性能,保持了阵列扩展能力以及高估计精度,在低信噪比情况下,基于扩展协方差矩阵的VIA-EPM算法的分辨力以及估计精度均要优于基于扩展数据矩阵的VIA-EPM算法。     

基于虚拟阵列变换的相干源测向方法

针对传统空间谱测向方法对相干信号源测向失效的实际问题,提出了一种基于任意形状平面阵列的测向方法。该方法在建立了相干信号源数学模型的基础上,对虚拟阵列变换思想进行了分析,给出了采用虚拟阵列变换原理和MUSIC算法实现了对相干信号源DOA的估计,提高了测向性能。经仿真试验和理论分析,验证了算法的可行性,并分析了该算法的适用局限性。     

基于阵列内插的双基地互质MIMO雷达角度联合估计方法北大核心CSCD

针对互质阵列形成的差分共阵(DCA)存在空洞导致虚拟阵列不连续的问题,提出了一种基于阵列内插形成无孔互质阵的双基地多输入多输出雷达测向方法。首先,推导阵列内插的位置与形成的DCA填补空洞的位置,并推导出自由度闭合式;其次,分别在发射阵列和接收阵列将子阵列内插,形成连续的虚拟发射阵列和虚拟接收阵列;然后,利用选择矩阵使等效虚拟信号向量在虚拟发射阵列和虚拟接收阵列中平滑移动得到空间平滑矩阵;最后,利用空间平滑矩阵进行空间谱估计,并通过多重信号分类算法实现角度自动匹配。     

智能天线系统中空间分域虚拟阵列的DOA估计算法研究

在即将商用的3G移动通信系统中，智能天线技术成为研究的热点．本文是以智能天线技术中DOA估计为基础，研究一种可提高估计能力的虚拟阵列DOA估计算法。介绍了虚拟阵列变换技术，根据智能天线系统的特点．采用空间分域的子阵思想．结合虚拟阵列变换技术．实现空间分域的虚拟阵列DOA估计。     

一种基于内插阵列变换的变速SAR成像算法

在成像平台非匀速运动条件下,SAR数据在方位方向不再是均匀采样,原有的SAR成像算法的适用条件不再满足.本文试图从均匀采样数据重建的角度研究非均匀采样下的SAR模型,借鉴非均匀阵列DOA估计中的内插阵列变换思想,提出了重构虚拟均匀采样数据的算法思想.通过对构造方法需要满足条件的分析,本文推导了基于内插阵列变换的预处理算法.仿真实验表明本文方法能对非均匀采样SAR数据成较清晰的SAR图像.本文针对位置测量存在误差的情况作了性能分析,结果表明该算法在SAR实际测绘精度下仍然具有较好的适应性.     

扫描MIMO阵列近场三维成像技术

基于扫描阵列的近场3维成像是合成孔径雷达(SAR)3维成像技术在民用领域的一种重要应用形式。“多发多收(MIMO)-扫描”体制是该领域一种独特的成像方式。相比于“单发单收(SISO)”阵列,MIMO阵列具有成像质量好、阵元利用率高、对天线间隔要求宽松以及成本低等特点。该文分别从信号模型、成像算法、实验系统和成像结果等方面介绍了“MIMO-平面扫”和“MIMO-柱面扫”两种成像体制。所得结果充分展现了该成像技术在许多场景中的巨大应用潜力。      

可快速精确重建的毫米波MIMO近距离成像机制研究

毫米波成像在人体安检领域发挥了重要作用,引起了人们的广泛关注。现有的毫米波近场人体安检成像机制主要分为SISO和MIMO两种。SISO机制可实现快速精确成像,然而随着工作频率的升高,其所需天线数目迅速增长、天线间隔下降,不仅造成了系统成本提升,还使得天线耦合难以被抑制。MIMO机制虽然降低了成像所需的天线数目、增大了天线间隔,但目前无法实现类似SISO机制的快速精确重建。提出了一种可快速精确重建的MIMO近距离成像机制,定量给出了该机制的适用条件。与传统MIMO近距离成像机制不同,该MIMO近距离成像机制通过巧妙地设计MIMO子阵列,使其在近场成像中满足等效相位中心原理。因此它能够直接使用诸如距离迁徙算法（range migration algorithm,RMA）等各种基于SISO机制开发的精确且快速的成像算法去重建图像,兼顾了SISO机制和MIMO机制的优势。E波段的示例表明,在近场毫米波成像中,该MIMO机制与SISO机制具有同等水平的成像质量和成像速度,但相较于SISO机制,该MIMO机制的天线利用率、天线间隔可提升4倍以上。与传统MIMO成像机制相比,该MIMO成像机制不但有更好的成像质量,而且其重建速度大幅提升,在一个成像区域为1 m×1 m×0.2 m,体素尺寸为1.85 mm3的典型成像场景中,比传统MIMO成像机制快近200,000倍。仿真和实验结果验证了该成像机制的有效性。     

无源单通道阵列快速DOA估计算法

针对现有无源单通道阵列DOA估计算法复杂度较高,实时性较差的问题,提出一种适用于单通道阵列的快速DOA估计算法。该算法将常规多通道阵列的空间FFT算法引入单通道阵列信号处理中,将通道切换时间带入FFT运算,构建了新的变换核函数,利用该核函数可直接对单通道阵列的采样信号进行空间FFT变换,基于此提出了适用于单通道阵列的SAA—FFT算法。理论分析与仿真实验证明了该算法的有效性。     

一种高精度的毫米波稀疏平面阵列频域类成像算法

本文以手持式毫米波人体安检设备为研究背景,设计了一种工作于90~94GHz频段的稀疏十字阵列,并采用时域相关算法与改进距离徙动算法（Range Migration Algorithm,RMA）对目标进行成像.针对改进RMA算法在推导过程中存在球面波展开为平面波近似和复杂的插值问题,本文提出一种高精度的无需球面波展开和复杂插值运算的基于（Fast Fourier Transform,FFT）的成像算法,在实现过程中不会引入近似误差和插值误差.采用电磁仿真软件建立目标回波模型,进行测试分辨率和噪声鲁棒性的实验.系统方位分辨率达到5mm,满足系统设计指标要求,验证了所提算法的正确性.综合实验结果得出所提算法的计算效率优于时域相关算法并且噪声鲁棒性优于改进RMA算法,在手持式毫米波人体安检设备实时成像的应用中,所提算法的适用性更好.     

基于 RMA 的三维成像与二维 MIMO 阵设计

距离迁移(RM)算法能够精确校正近场距离徙动,同时通过使用快速傅里叶变换可以达到很高的计算效率,具有应用于近场MIMO雷达三维实时成像的潜力。RM算法应用于近场MIMO成像的主要挑战是设计合适的阵列结构。文中利用球面波分解为无穷多个平面波的方法推导了MIMO雷达近场三维RM 成像算法,在深入分析算法实现流程的基础上得 到了RM算法对MIMO阵列构型的四条约束条件。提出了一种适用RM算法的MIMO阵列设计方法,并利用所提方法设计了MIMO阵列,结合仿真,分析了所设计阵列的成像性能。     

基于二次虚拟孔径扩展的双基地MIMO雷达相干分布式目标中心角度估计

该文提出了基于二次虚拟孔径扩展的双基地MIMO雷达相干分布式目标中心角度估计算法。首先构造了基于非均匀阵列的具有相同确定性角信号分布函数和分布参数的相干分布式目标的双基地MIMO雷达信号模型,再利用基于最小冗余的差分共置阵列思想,实现了阵元二次虚拟扩展;然后通过构造置换、去冗余和换维矩阵,得到了新的协方差矩阵;最后利用ESPRIT算法思想,估计出相干分布式目标的发射、接收中心角,并且实现了角度参数的自动配对。由于该文算法实现了阵元二次虚拟扩展,因此相比于传统MIMO雷达能识别更多的目标,具有更高的估计精度。实验仿真结果证明了该文算法的有效性。     

基于互质阵列的外辐射源雷达低仰角估计

针对外辐射源雷达中低空目标仰角估计分辨率低的问题,本文采用了互质阵虚拟阵列法进行低仰角估计,可有效提高角度分辨率。文章首先论述了互质阵虚拟阵列构造原理,以扩展互质阵列为例详细介绍了虚拟阵列的构造方法,然后通过理论分析与仿真探讨了该方法在低仰角镜像模型中的可行性。仿真中比较了分别用虚拟阵列方法和正交匹配追踪法处理互质阵,以及空间平滑方法处理均匀线阵三种方式在低仰角估计分辨率性能上的优劣,结果表明,在低仰角镜像模型中,互质阵虚拟阵列法的角度分辨率相对其他两种方法有明显优势,不受空间网格限制,而且更适用于低信噪比环境。