子阵级数字波束形成抗多主副瓣干扰及测角技术

对于大型的二维相扫雷达天线阵列,数字波束形成通常在子阵上完成,以减少数字接收机的数量并降低成本。基于子阵级数字波束形成,文中提出了一种改进的自适应信号处理架构,在低成本的情况下,同时抑制多个主副瓣干扰,并保持对目标的单脉冲测角精度。首先,每个子阵内部形成非自适应的波束并转化为数字输出;再利用行和列波束的分维特性,在子阵级形成自适应波束,进行干扰抑制处理;最后,分别将各个行或列波束合成为全阵列的俯仰或方位和差波束,用于目标的单脉冲测角。与传统的四通道抗主瓣干扰相比,该方法在合成和差波束前,基于子阵级数字波束完成自适应干扰的抑制。因此,充分利用了有限的自由度,挖掘了子阵级数字阵列抗同时多个主副瓣干扰的能力。还结合相控阵雷达实例,给出了仿真结果,验证了该方法的有效性。总的来说,所提出的阵列信号处理架构,在降低系统复杂度和成本的同时,大大提高了雷达系统的抗干扰能力。     

一种子阵级DAR同时多波束拟合测角方法

针对数字同时多波束技术在子阵级数字阵列雷达中的应用问题,提出了一种适用于子阵级数字阵列雷达的同时多波束测角方法。首先介绍了如何通过数字加权的方式形成同时接收多波束,然后基于比幅法建立了同时多波束拟合测角模型,给出了同时多波束拟合测角方法的实现流程和具体步骤,最后进行仿真验证及分析。仿真结果表明:该方法具有与数字和差单脉冲相当的测角精度,且在保持一定测角精度的情况下,同时多波束拟合测角方法可以获得更宽的测角范围,具有良好的工程化应用价值。     

基于子阵划分的二维穿墙MIMO阵列设计

穿墙三维成像中,不同的阵列构架会直接影响阵列性能及其适用环境。利用等效阵列原理设计二维多输入多输出(MIMO)阵列,在具体分析一维STVA阵列具有最短物理尺寸的原理上,提出了利用子阵划分的方法解决等效阵列到MIMO阵列的去卷积问题。针对去卷积后得到多种MIMO阵列构型的择优问题,提出了综合尺寸的概念,利用子阵划分后的部分信息衡量去卷积后MIMO阵列的物理尺寸,最后将这种方法推广至二维MIMO阵列,设计出适用于穿墙成像的二维UWB-MIMO阵列,利用仿真实验验证了其在穿墙三维成像中的优异性能。     

非均匀阵列的相关测角方法研究

阵列测向技术是阵列信号处理的重要组成部分.文中结合阵列处理中非均匀阵列相关测角方法,推导了具有子阵方向图的非均匀阵列相关测角响应函数表达式;并在此基础上分析了全机/定向子阵非均匀阵列方向图和相关测角响应函数的关系,具有一定的理论参考价值;最后给出在某种布站布局下的仿真结果,与理论分析吻合.     

稀疏MIMO雷达实孔径三维成像技术

针对任意的多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)稀疏阵列提出了MIMO单快拍成像模式和相控阵多帧联合成像模式两种三维成像方法,并对两种模式下角度分辨率及信噪比(signal noise ratio, SNR) 进行了对比. MIMO单快拍成像模式角度分辨率等价于收发联合等效阵列;相控阵多帧联合成像模式的方向图等于发射方向图与接收方向图的乘积,同样也能获得收发联合等效阵列的角度分辨率;相控阵多帧联合成像模式与MIMO单快拍成像模式的SNR的比值为发射阵列数量. 讨论了稀疏阵列与均匀满阵之间的区别与联系,稀疏阵列的波束方向图等价于均匀满阵的二维加窗快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT),加窗使稀疏阵列方向图展宽. MIMO单块拍成像模式适用于对实时性要求高的应用场景,相控阵多帧联合成像模式适用于对SNR要求高的应用场景.     

MIMO阵列波束形成方法研究

相控阵雷达无法分辨一个波束宽度内的2个目标,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)雷达阵列各阵元发射正交信号,提高了阵列系统的自由度,改善了雷达阵列系统分辨性能。文中给出了MIMO阵列相关滤波器组分离目标回波信号的原理框图,并进行了MIMO阵列常规波束形成器和最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器理论分析和仿真实验。仿真结果表明,MIMO阵列比常规相控阵列具有更高的角度分辨率。     

单脉冲测角技术在MIMO雷达不同布阵下的性能分析

本文研究了多输入多输出(MIMO)雷达系统波束形成和单脉冲测角问题。MIMO雷达利用分集技术,在发射端全向发射正交波形,在接收端利用DBF技术同时形成多个波束。本文推导不同接收方式下MIMO雷达波束的方向图函数,给出其半功率波束宽度计算公式。将数字单脉冲测角技术应用于MIMO雷达,通过不同布阵对测角精度进行分析,并与相控阵雷达测角性能进行比较。计算机仿真结果表明,在相同阵列情况下,MIMO雷达测角性能优于传统相控阵雷达。     

干涉式矢量传感器MIMO雷达的DOD/DOA和极化联合估计

该文结合干涉测量理论与简化矢量传感器多输入多输出(MIMO)雷达,提出一种干涉式矢量传感器MIMO雷达的发射方位角(DOD)、接收方位角(DOA)和极化联合估计方法。利用干涉发射阵列的长、短基线空间平移不变性采用多分辨ESPRIT算法获取DOD高精度估计值;同理,利用矢量接收阵的多分辨特性得到高精度DOA估计值;利用与阵列结构无关的极化域旋转不变性求取极化辅角和极化相位差。最后给出随机信号源模型下的闭式克拉美罗界推导。该干涉矢量MIMO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,且在不增加阵元数和硬件复杂度情况下大大扩展有效孔径,提高了角度估计精度。另外简化矢量传感器减少了传统矢量传感器的互耦效应更有利于工程实现。仿真结果证明了该文多参量估计算法的有效性。     

一种性价比高的TDM MIMO雷达系统设计和实验

基于大量使用昂贵的收发组件,传统的具有M阵元发射阵列和N阵元接收阵列的相干多输入多输出(MIMO)雷达系统实际应用受高成本的限制,文中提出一种性价比高的时分复用(TDM) MIMO雷达系统设计。首先,建立TDM MIMO雷达的收发结构模型;其次,从理论上对距离估计和角度估计进行了仿真比较,将TDM MIMO雷达与单输入多输出雷达通过实验对比验证;最后,结果证实相比于相同阵列的传统MIMO雷达,TDM MIMO雷达不仅目标波达方向性能未受影响,而且以较低的成本实现较高的角度分辨率。     

阵列布局对机载MIMO信道容量影响

为进一步提高空地(air-to-ground,ATG)下行通信容量,建立了三维基于散射体分布的ATG MIMO单跳同心椭圆环信道模型,结合机载多入多出（multiple input multiple output,MIMO）均匀线阵以及圆阵布局方案,推导了基于阵列结构分量的机载MIMO信道相关矩阵,为通过合理设计机载MIMO天线结构来提升ATG传输速率,分析了阵列结构参数对遍历容量的影响。仿真表明,受ATG远距离通信影响,需要扩大天线间隔来提高MIMO信道容量,且相比于线阵布局,圆阵布局更加适应飞行姿态变化,获得较高的信道容量。      

互耦效应对超大规模MIMO天线系统信道容量的影响

超大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)天线系统是6G的关键技术,由于天线单元间距很小,多个天线单元的互耦效应是影响其性能的因素之一。建立了基于石墨烯基贴片天线阵列-子阵列架构的超大规模MIMO天线系统,推导出了互耦效应影响下的信道容量表达式。通过电磁场数值计算仿真了超大规模MIMO天线系统的信道容量,结果表明,在不考虑互耦效应时,超大规模MIMO天线系统的信道容量与子阵列天线单元数、子阵列数以及发射机功率正相关;在互耦效应的影响下,系统的信道容量降低,互耦效应的强弱与子阵列天线单元的间距有关,天线单元间间距越小,相邻天线间的互耦效应越明显,系统的信道容量越小。该仿真结果可以为6G中超大规模MIMO天线系统的设计提供参考。     

一种低剖面宽带二维宽角扫描圆极化阵列天线

针对现有圆极化平面阵列的扫描角受限和三维宽角扫描阵列体积大的问题,设计了一种基于阵因子方向图和单元因子方向图互补的低剖面宽角扫描圆极化阵列天线.该阵列单元采用新型圆极化正交偶极子天线,并由其组成多个圆环子阵,每一子阵内单元的法向均偏离阵列法向一个固定倾角并等间距排布在"涟漪"状金属地板上.这种阵列排布方式使得在主波束扫描至大角度时天线单元因子增益可以补偿阵因子的增益下降.设计的一个64元阵列天线的实测结果表明:在8~9 GHz工作带宽内,且波束扫描覆盖0°~±62°,各阵元的有源驻波比均小于2.1,中心频点扫描增益起伏小于1.71 dB,扫描波束的圆极化轴比小于2 dB.     

MIMO信道中衰落信号的空域相关性评估

将MIMO(多输入多输出)信道建立为Nakagami衰落信道,进一步推导单元天线接收多径衰落信号的空域相关系数的通用解析式,并在均匀分布、余弦分布、高斯分布和拉式分布的来波功率角谱下分别进一步评估接收信号的空域相关性,分析各参数对相关系数的影响,比较各种来波功率角谱下相关性的数值结果,这些对于准确分析MIMO系统性能与设计MIMO多天线系统是十分必要的.     

小角度扩展相关性近似算法分析

本论文提出一种在多天线MIMO信道相关性建模中小角度扩展近似理论算法,并应用于分析MIMO系统性能。分析中分别对三种不同角能量分布情况下的空间相关性研发快速近似计算法,并同时提出双模(Bi-Modal)角能量分布情况下的近似运算。通过分析这些新方法的近似效率,可以得到计算简单、复杂度低、而且符合实际的MIMO相关信道矩阵,对系统级的快速高效计算法的研究和系统级的评估以及误差分析具有重要的意义。     

基于几乎差集的多输入多输出雷达阵列稀疏优化方法

针对基于循环差集(Cyclic Difference Sets,CDS)的多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)雷达阵列稀疏方法由于现有CDS构造条件苛刻、集合数量有限而造成阵列配置数量较少的不足,提出了基于几乎差集(Almost Difference Sets,ADS)的MIMO雷达阵列稀疏优化方法.该方法可解析地确定发射、接收阵元位置,并先验预估虚拟阵列的方向图旁瓣上界.基于ADS的MIMO阵列在旁瓣性能上与基于CDS的阵列相近且优于随机阵列;ADS具有构造简单、阵列配置丰富的优势,有利于该方法的工程应用.仿真验证了所提方法的有效性.     

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。     

相控阵MIMO雷达最佳子阵划分

研究了相控阵多输入多输出（MIMO）雷达发射阵列采用满重叠划分方式时的波束形成,将收发波束方向图表示为单个子阵的发射波束方向图、波形分集方向图和接收波束方向图乘积的形式,并分析其最大探测距离、主瓣宽度、副瓣性能以及输出信号与干扰加噪声比性能。理论及仿真结果表明：与同等配置的相控阵雷达和MIMO雷达相比,相控阵MIMO雷达拥有更好的副瓣抑制性能以及抗干扰能力。并通过研究子阵数目对雷达性能的影响,得到了不同准则下的最佳子阵数目选取方案。     

MIMO-VSAR及其一种优化的阵列配置

 由于阵元数目有限,传统的速度合成孔径雷达(VSAR)存在方位定位模糊的问题,难以准确地定位地面高速运动目标.本文将多输入多输出(MIMO)雷达与VSAR相结合,提出了新体制MIMO-VSAR雷达及其一种实用的优化阵列配置.与传统VSAR相比,MIMO-VSAR利用同时发送的正交信号,获得了远多于阵元数目的等效密集空间采样,有效地提高了动目标的无模糊定位范围.理论分析和仿真结果均证明了MIMO-VSAR及其优化配置的有效性.     

一种MIMO智能天线融合方法研究

提出一种采用波束调度策略的MIMO与智能天线融合设计方案,用以解决MIMO传输中空域相关性问题。融合方案在天线结构上以智能天线单元组建MIMO阵列,智能天线单元之间协同工作。分析了采用波束调度时的MIMO矩阵构成及其合并接收方式,给出一种波束间空域相关性的计算方法。仿真结果表明,在小角度扩展条件下,同指向的波束相关性与全向阵元相关性相似,而波束调度策略具有良好的去相关性,能有效提高MIMO信道容量。     

分布式MIMO数字阵列雷达阵元优化配置

为了合理分配相参增益和空间分集增益在分布式多输入多输出(MIMO)数字阵列雷达系统中的比重,研究了其阵元的优化配置问题。首先,根据MIMO雷达信号模型将阵元配置问题转化为目标散射系数矩阵的分块划分问题;然后,依据子块内信号相参处理,子块间信号非相参处理的方式推导了似然比检测器;最后,分别从检测概率最大、探测距离最远和总的阵元数最少三个方面给出了阵元优化配置的表达式并进行了仿真分析。研究结果表明:应首先利用相参增益将回波信噪比提高到一定值后才能利用空间分集增益;分置接收天线比分置发射天线牺牲的相参增益少;当检测概率大于0.8时,分置两个收发共用的相控阵天线可使系统阵元总数最少,否则无需天线分置。