互耦条件下基于4阶累积量的双基地MIMO雷达角度估计

发射和接收阵列的互耦效应将使得双基地多输入多输出(MIMO)雷达的角度估计算法性能下降.针对阵列互耦效应和高斯色噪声并存情况,该文提出一种基于4阶累积量组合矩阵构造的收发角度估计方法.该方法首先根据收发互耦矩阵的Kronecker乘积特点,并结合互耦矩阵带状、对称的Toeplitz变换性质,充分利用所有的接收数据,构造出多组发射和接收4阶累积量矩阵,通过组合收发累积量矩阵进一步构造出4阶块累积量矩阵,并利用矩阵的奇异值分解,提取出发射和接收旋转不变因子.理论和仿真结果表明:在强互耦效应情况下,所提算法能够有效估计出高斯色噪声背景下目标的收发角度,并实现自动配对.在强互耦情况下,所提算法的估计性能优于其他算法.     

基于MUSIC和ESPRIT的双基地MIMO雷达角度估计算法

该文基于2阶和4阶统计量,提出了空间高斯白噪声和高斯色噪声的背景下联合MUSIC和ESPRIT的双基地MIMO雷达角度估计算法。在接收端,通过单天线的MUSIC算法和双天线的ESPRIT算法分别估计目标的离开方向(Direction Of Departure, DOD)和波达方向(Direction Of Arrival, DOA),且DOD和DOA自动配对。该方法充分利用了MIMO雷达阵列孔径扩展的特征和ESPRIT的子空间旋转不变性,将2维参数估计问题转化为两个1维形式,降低了运算量和系统复杂度。计算机仿真验证了该方法的有效性。     

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。      

基于累积量的互耦误差下相干信号DOA估计

在高斯色噪声和阵列互耦误差背景下,针对相干信号源和非相干信号源并存的问题,提出了一种准确估计信号源到达角(DOA)的算法。首先,采用辅助阵元法将互耦误差从阵列流形中分离;然后结合空间平滑技术和四阶累积量构建平滑矩阵,实现对高斯噪声的抑制和对信号的解相干;最后使用ESPRIT算法获得信号源的来波方向。仿真结果表明,文中算法有效解决了阵列互耦和信源相干的影响,在高斯白噪声和高斯色噪声环境下均能精确地估计DOA。     

双基地MIMO雷达四维角度和多普勒频率联合估计

该文提出了一种新的基于L型阵列双基地MIMO雷达多目标的4维角度和多普勒频率联合估计的算法,该算法根据DOA 矩阵法的思想构造矩阵,通过特征参数与待估参数之间的特定关系,推导出了目标2维DOA, 2维DOD及多普勒频率联合估计式,并得到闭式解。该算法无需谱峰搜索,只需一次特征值分解,且估计出的5维参数自动配对,与ESPRIT算法相比,计算复杂度降低,且性能非常接近,并能克服空间色噪声的影响,在发射信号非完全正交时仍旧适用。仿真结果验证了该算法的有效性。     

双基地MIMO雷达相干目标的角度快速估计算法

针对双基地多输入多输出（MIMO）雷达定位的实时性问题,提出了一种基于Toeplitz矩阵的目标快速定位算法。双基地MIMO雷达接收的信号往往是相干的,因此无法直接应用角度估计算法。首先通过接收的数据得到一组Toeplitz子矩阵,利用这组子矩阵重构得到协方差矩阵,其秩等于目标个数,达到解相干的目的。采用改进多级维纳滤波器（MSWF）的前向递推,不需要通过特征值分解,得到信号子空间,结合ESPRIT算法,估计出目标的发射角度（DOD）和接收角度（DOA）。算法通过构造Toeplitz矩阵解相干,仅改变矩阵结构,降低了计算复杂度,具有较好目标分辨力和解相干能力。      

色噪声环境下MIMO雷达角度估计算法

针对色噪声环境下的MIMO雷达目标角度估计问题,提出一种基于四阶累积量切片的角度估计算法。算法利用MIMO雷达的接收数据计算出四阶累积量,构造出累积量切片矩阵,通过特征分解,结合ESPRIT算法实现了雷达目标的角度估计。同时进行了低复杂度改进,去掉了冗余信息,保留了MIMO雷达阵元扩展能力和目标分辨力,具有自动抑制加性高斯噪声和任意高斯色噪声的能力。最后计算机仿真结果证实了算法的有效性和可行性。     

基于降维子空间重构的双基地MIMO雷达角度估计算法

根据双基地MIMO雷达的工作原理和回波模型,结合阵列信号处理,提出了降维子空间重构的角度估计算法,并给出了算法有效性证明。理论分析表明,该算法可以有效解决二维空间搜索计算成本高,矩阵运算量大和低快拍数下算法适应性差的问题,并通过蒙特卡罗实验对不同信噪比、快拍数和接收阵元数等情况下角度估计的方差进行了仿真,证实了理论分析的正确性。     

双基地MIMO雷达相干分布式目标快速角度估计算法

该文提出一种基于双基地MIMO雷达的相干分布式目标快速角度估计算法。建立了双基地MIMO雷达相干分布式目标信号模型;然后,基于该信号模型证明了相干分布式目标导向矢量具有Hadamard积旋转不变性;最后,利用该特性得到了对目标2维收发中心方位角的估计。分析表明：该算法无需搜索,参数配对简单,能有效降低算法的计算量;由于没有对相干分布式目标的角信号分布函数做固定的假设,所以该算法适用于具有不同角信号分布函数或角信号分布函数未知的情况,具有较强的稳健性。计算机仿真结果证明了该文算法的正确性和有效性。     

一种新的双基地MIMO雷达快速多目标定位算法

针对双基地MIMO雷达目标定位问题,该文提出一种基于三阶张量分解的快速多目标定位算法。该算法首先将匹配滤波输出转化为三阶张量,并对其进行降维预处理,然后利用交替最小二乘(ALS)算法估计收发阵列流型矩阵和多普勒矩阵,最后通过谱估计算法恢复目标收发角和多普勒频率。同时利用线性搜索加快ALS算法的收敛速度。与现有算法相比,该算法避免了2维谱峰搜索和协方差矩阵估计,得到的目标三参数自动配对,不仅提高了估计性能,而且有效降低了运算量和存储量。仿真结果证明了所提算法的有效性和优越性。     

Direction finding with automatic pairing for bistatic MIMO radar

Direction finding is an important issue for bistatic MIMO radar. A two-dimensional direction finding method with automatic pairing is developed. In the presented method, the property of the kronecker product is first utilized to reformulate the cost function in the quadratic form. Then, by constructing the orthogonality constraint of the target DOA to the quadratic form, all target DODs can be first estimated by solving the constrained quadratic form. Moreover, the pth target DOA can be directly estimated by the eigenvector which is related to the pth target DOD. Thus, the target DOD and DOA can be automatically paired. Finally, simulation results demonstrate that the effectiveness of the presented 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。     

一种新的双基地MIMO雷达收发角和多普勒频率联合估计方法

该文提出了一种新的双基地MIMO雷达收发角和多普勒频率联合估计方法。利用匹配滤波器输出的信号特点,采用最小二乘法从信号中分别提取出多目标的多普勒矢量、接收角矢量和发射角矢量,然后采用迭代算法对这3个矢量进行更新以完成收发角和多普勒频率的联合估计。该方法复杂度低,运算时间少,且能够实现自动配对。仿真结果表明,与基于PARAFAC的方法相比,该文方法更易获得高精度的收发角和多普勒频率估计,具有更高的可靠性。     

阵列误差条件下MIMO 雷达测向敏感性分析*

测向敏感性分析对高性能阵列雷达系统设计和参数校正具有重要意义。针对MIMO 雷达系统误差 的测向敏感性问题,基于MUSIC 算法的一阶泰勒展开,研究了由MIMO 雷达收、发阵元幅度、相位和位置误差引起的 实际阵列与理想阵列间存在的流型误差对测向性能的影响;三种误差条件下分别定义和推导了任意阵型配置下MIMO 雷达测向敏感因子、方位估计RMSE 以及成功分辨误差门限的表达式。仿真实验验证了理论推导和分析方法的 有效性,相关结论可为MIMO 雷达系统分析与设计提供参考。     

MIMO雷达目标空间和频率散射多样性研究

该文利用2维圆形散射点模型,研究了窄带频率和空间分集MIMO雷达接收通道中的目标回波的统计特性,结果表明目标回波信号本身服从高斯分布,目标回波信号之间的相关系数是等效频率间隔和目标尺寸的函数,空间分集雷达和频率分集雷达的区别在于等效频率间隔的定义。基于散射点模型的数值试验表明该相关系数是有效的。     

空间色噪声背景下双基地多输入多输出雷达低仰角估计方法

针对多径效应的影响,该文提出一种空间色噪声背景下双基地多输入多输出(MIMO)雷达低仰角估计方法。首先对双基地MIMO雷达中低仰角目标的多径环境进行建模,同时考虑发射和接收端的镜面反射信号,并用空间色噪声模拟漫反射。然后利用协方差矩阵求差方法消除未知色噪声的影响,在发射端和接收端进行空间平滑对多径信号解相干,即进行空间差分平滑处理。最后利用酉变换旋转不变技术(ESPRIT)算法估计目标的发射角(DOD)和接收角(DOA)。该文指出特殊情况下空间差分平滑协方差矩阵缺秩的问题,并提出一种修正的空间差分平滑方法。该算法对阵元数要求不高,适用于未知噪声背景及低信噪比环境,并且解决DOD与DOA联合估计的角度兼并问题。仿真实验表明了所提算法的有效性。     

基于联合矩阵对角化的双基地MIMO雷达DOD-DOA估计

针对双基地MIMO雷达收发角(DOD-DOA)估计问题,该文提出一种基于联合矩阵对角化的快速多目标收发角估计算法。该算法首先根据匹配滤波输出的数据结构,利用奇异值分解和秩1矩阵判断定理将收发角度估计问题转化为联合矩阵对角化问题,然后采用单次-扫描迭代算法对其求解,得到收发阵列流型矩阵,最后通过谱分析方法估计收发角。该算法充分利用匹配滤波输出的所有信息,无需2维谱峰搜索,每次迭代均可得到精确的闭式解,且收发角自动配对。与现有算法相比,该算法不仅提高了角度估计精度,而且有效降低了运算量。仿真结果证明了所提算法的有效性。     

双基地MIMO雷达高速运动目标的DOD和DOA联合估计

高速目标在回波积累时间内会跨多个距离单元运动,因此双基地MIMO雷达利用单个距离单元上的目标回波数据估计目标发射角(DOD)和接收角(DOA)会产生较大误差,影响目标的交叉定位。该文根据高速目标回波特点提出一种双基地MIMO雷达的跨距离单元估计目标多维参数的方法,该方法把目标在不同距离单元上的脉冲压缩数据的采样协方差矩阵进行平均,提高其协方差矩阵的估计精度,然后采用超分辨算法进行DOD和DOA参数估计。仿真结果表明该方法对高速运动目标的角度估计精度高于现有算法,接近于现有算法在目标无距离走动时的角度估计精度,且其角度估计性能与目标跨越的距离单元数无关。