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。     

一种双基地MIMO雷达目标参数估计算法

为了实现双基地多输入多输出(MIMO)雷达目标参数估计,建立了双基地MIMO雷达信号模型,提出了一种目标方向角和多普勒频率估计方法,该方法利用2次ESPRIT方法分别估计目标的多普勒频率和来波角度(DOA),然后利用ROOT-MU-SIC方法估计得到目标去波方向(DOD)。所提算法只进行3次特征值分解,避免了多维非线性的谱峰搜索,配对过程简单。仿真结果证明了该算法的有效性。     

双基地MIMO雷达目标快速定位算法

基于多级维纳滤波器（MSWF）的双基地多输入多输出（MIMO）雷达定位算法,能够有效的降低计算复杂度,但是会带来信号子空间的扩展问题,降低算法性能。因此本文提出了一种新的目标快速定位算法。首先根据MSWF的自相关模值的特点确定需要的MSWF级数,得到扩展子空间;其次利用ESPRIT方法得到目标的初始发射角（DOD）和接收角（DOA）,最后利用判别准则从初始目标角度得到真实目标角度,并完成目标收发角度的配对。算法不需要特征值分解,计算复杂度较低,并且充分利用了扩展子空间,具有更高的角度估计性能。      

基于块Hankel矩阵构造的双基地MIMO雷达相干多目标定位

该文提出了一种相干多目标情况下双基地MIMO雷达的收发角度估计方法。利用接收协方差矩阵中的元素构造块Hankel矩阵,该矩阵的秩等于目标的总个数,而与目标源的相干性无关,并通过奇异值分解获取信号子空间,最后运用ESPRIT算法估计出目标的发射角和接收角。仿真结果表明：本文算法能有效地估计出相干目标的收发角,且实现自动配对;相对于2维空间平滑算法,在低信噪比和低快拍数情况下,具有更好的估计性能。     

Esprit算法在单基地MIMO雷达中的应用

多输入多输出（MIMO）雷达是近年来提出的一种新体制雷达,由于发射正交信号,不同位置目标的回波信号相互独立,因此在DOA估计和目标分辨方面,比传统雷达具有较大优势。文中将Esprit算法应用于单基地MIMO雷达系统中,并对两种结构的MIMO雷达分别进行一维和二维DOA估计,仿真证明了算法的优越性。     

基于矢量传感器的扩展孔径双基地MIMO雷达多目标定位算法

该文研究基于电磁矢量传感器的扩展孔径多输入多输出(MIMO)雷达多目标定位算法。提出了一种新型MIMO雷达系统,发射阵列采用常规阵元,而接收阵列采用电磁矢量传感器,且传感器间距大于半波长。算法首先采用ESPRIT算法获得目标波达角(DOA)高精度模糊估计,随后利用矢量传感器的内在结构特点结合子空间旋转不变性获得目标DOA低精度无模糊估计进行解模糊,从而得到目标高精度DOA估计。最后利用已知DOA信息,采用1维MUSIC算法获得目标波离角(DOD)高精度估计。与已有算法相比,该算法大大提高了MIMO雷达的目标定位精度,且无需配对和2维搜索,具有较低的运算量。仿真结果证明了所提算法的有效性,其估计精度与CRB界接近。     

一种双基地MIMO雷达目标定位和多普勒频率估计方法

文章建立了双基地多输入多输出（MIMO）雷达信号模型,提出了一种基于子空间的目标方向角和多普勒频率联合估计算法,该方法引入改进的粒子群优化思想,通过迭代搜寻最优解,提高了多维参数估计的搜索速度,并可实现自动配对。仿真结果证明了所提算法的有效性。     

基于新型阵列的双基地电磁矢量传感器MIMO雷达高分辨角度参数估计

针对双基地EMVS-MIMO雷达角度参数估计问题,该文通过设计新的发射阵列和接收阵列来实现对双基地EMVS-MIMO雷达角度参数估计精度的提升.相比于半波长的均匀线性发射阵列和接收阵列,所设计的新型阵列能够实现发射端和接收端阵列孔径的扩展.并且,为了避免发射角和接收角的角度参数额外配对过程,该文利用平行因子算法来实现发射角和接收角的角度参数自动配对.同时,相应的发射方位角、发射俯仰角、发射极化角、发射极化相位差和接收方位角、接收俯仰角、接收极化角以及接收极化相位差也是自动配对的.通过利用平行因子算法多次迭代之后得到的方向加载矩阵,对应于发射角和接收角的精粗估计的旋转不变关系可以从方向加载矩阵中进行相应的提取.因此,高分辨的发射角和接收角可以通过精粗估计的结合来实现.相比于当前算法,所提算法具有自动参数配对特性以及较低的计算复杂度.仿真实验表明所提算法具有较高的估计精度.     

基于新型阵列的双基地电磁矢量传感器MIMO雷达高分辨角度参数估计

针对双基地EMVS-MIMO雷达角度参数估计问题,该文通过设计新的发射阵列和接收阵列来实现对双基地EMVS-MIMO雷达角度参数估计精度的提升。相比于半波长的均匀线性发射阵列和接收阵列,所设计的新型阵列能够实现发射端和接收端阵列孔径的扩展。并且,为了避免发射角和接收角的角度参数额外配对过程,该文利用平行因子算法来实现发射角和接收角的角度参数自动配对。同时,相应的发射方位角、发射俯仰角、发射极化角、发射极化相位差和接收方位角、接收俯仰角、接收极化角以及接收极化相位差也是自动配对的。通过利用平行因子算法多次迭代之后得到的方向加载矩阵,对应于发射角和接收角的精粗估计的旋转不变关系可以从方向加载矩阵中进行相应的提取。因此,高分辨的发射角和接收角可以通过精粗估计的结合来实现。相比于当前算法,所提算法具有自动参数配对特性以及较低的计算复杂度。仿真实验表明所提算法具有较高的估计精度。     

双基地MIMO雷达最优化搜索参数设计研究

针对双基地MIMO雷达搜索特性,从搜索波束覆盖的几何模型出发,分析衡量波束覆盖效率的基本因素,以及其对搜索资源消耗的影响,并在此基础上提出了双基地MIMO雷达搜索波束覆盖优化的基本思路,即在不同的距离范围匹配选取不同的波束宽度和波束重叠度,从而达到快速覆盖发射波束的目的。最后建立了在约束条件限制下,同时考虑时间资源和能量资源消耗的搜索优化模型,仿真分析了影响搜索资源消耗参数(脉冲重复个数、脉冲宽度、搜索周期)的最优值随检测概率门限值的变化规律,为最优化搜索参数选取提供依据。     

宽带信号下的双基地MIMO雷达收发角估计

针对双基地多输入多输出(MIMO)雷达收发角联合估计问题,利用信号的循环平稳特性,构造宽带循环平稳信号下接收数据的循环自相关矩阵。对矩阵进行特征值分解,利用MUSIC, ESPRIT等空间谱估计算法估计出信号的收发角。宽带信号能够携带更多的信息量,利于不断增加的实际需求,而信号的循环平稳特性能够很好地抗干扰以及消除高斯噪声带来的影响。实验仿真结果表明,算法在宽带循环平稳信号下具有良好的角度估计性能。     

Direction finding and mutual coupling estimation for bistatic MIMO radar

An algorithm for joint direction-of-departure (DOD) and direction-of-arrival (DOA) estimation in the presence of unknown mutual coupling for bistatic MIMO radar is presented. Based on the special structure of the coupling matrix of uniform linear array (ULA), the angles can be estimated directly by two one-dimensional searches without the knowledge of the mutual coupling matrices. Then the mutual coupling coefficients of the transmitter and the receiver can be solved in closed-form by utilizing the obtained DODs and DOAs, respectively. Numerical examples are given for demonstrating the effectiveness of the proposed method.     

低快拍下多输入多输出雷达中的角度估计算法

研究了双基地多输入多输出(MIMO)雷达中的角度估计问题,提出了一种低快拍下的MIMO雷达的离开角(DOD)和波达角(DOA)联合估计算法。该算法利用矩阵束方法从接收数据中构造出扩展矩阵来进行奇异值分解(SVD),进而进行二维角度估计联合估计。在低快拍数情况下所提算法的角度估计性能优于传统的借助旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)方法,同时该算法能自动配对、无需谱峰搜索,而且复杂度也低于传统的ESPRIT算法。分析了所提算法复杂度,推导了克拉美-罗界(CRB)。仿真结果验证了该算法的有效性。     

双基地分布式阵列MIMO雷达的DOA和DOD估计方法

结合分布式阵列和双基地多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷达的特点, 提出了一种新的双基地分布式阵列MIMO雷达的接收角(Direction of Arrival, DOA)和发射角(Direction of Departure, DOD)估计方法.根据发射阵列和接收阵列的空域旋转不变特性, 利用旋转不变估计技术(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, ESPRIT)获取无模糊DOA粗估计和高精度周期性模糊的DOA、DOD精估计; 再利用无模糊DOA粗估计、目标的双基地距离信息以及双基地MIMO雷达的几何特点, 解除DOA、DOD精估计的周期性模糊, 得到高精度且无模糊的DOA和DOD估计.最后, 根据ESPRIT算法原理和估计误差的概率统计特性进行算法的性能分析, 给出算法基线模糊门限的近似计算方法.该算法有效地放宽了发射阵列孔径扩展程度的限制, 从而提高了阵列在大孔径下的角度估计精度, 且能够实现DOA和DOD估计的自动配对.仿真结果验证了所提算法和性能分析方法的有效性.     

多基线数据融合的双基地MIMO雷达角度估计

提出了一种双基地MIMO雷达角度估计方法。在发射端利用ESPRIT算法获取长短基线的旋转不变因子,通过联合对角化提高离开角度(DOD)的估计精度。根据已估计的DOD,采用迭代算法得到接收导向矢量。针对等距线阵和非等距线阵,分别提出了基于范德蒙矩阵特性和解模糊的多基线联合到达角度(DOA)估计方法,避免了两维搜索且角度自动配对。计算机仿真验证了该方法的有效性和优越性。     

Novel angle estimation for bistatic MIMO radar using an improved MUSIC

In this article, we study the problem of angle estimation for bistatic multiple-input multiple-output (MIMO) radar and propose an improved multiple signal classification (MUSIC) algorithm for joint direction of departure (DOD) and direction of arrival (DOA) estimation. The proposed algorithm obtains initial estimations of angles obtained from the signal subspace and uses the local one-dimensional peak searches to achieve the joint estimations of DOD and DOA. The angle estimation performance of the proposed algorithm is better than that of estimation of signal parameters via rotational invariance techniques (ESPRIT) algorithm, and is almost the same as that of two-dimensional MUSIC. Furthermore, the proposed algorithm can be suitable for irregular array geometry, obtain automatically paired DOD and DOA estimations, and avoid two-dimensional peak searching. The simulation results verify the effectiveness and improvement of the algorithm.     

Computationally efficient DOD and DOA estimation for bistatic MIMO radar with propagator method

In this article, we consider a computationally efficient direction of departure and direction of arrival estimation problem for a bistatic multiple-input multiple-output (MIMO) radar. The computational loads of the propagator method (PM) can be significantly smaller since the PM does not require any eigenvalue decomposition of the cross correlation matrix and singular value decomposition of the received data. An improved PM algorithm is proposed to obtain automatically paired transmit and receive angle estimations in the MIMO radar. The proposed algorithm has very close angle estimation performance to conventional PM, which has a much higher complexity than our algorithm. For high signal-to-noise ratio, the proposed algorithm has very close angle estimation to estimation of signal parameters via rotational invariance technique algorithm. The variance of the estimation error and Cramér–Rao bound of angle estimation are derived. Simulation results verify the usefulness of our algorithm.     

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。     

Parameter estimation based on fractional power spectrum under alpha-stable distribution noise environment in wideband bistatic MIMO radar system

This paper takes the alpha-stable distribution as the noise model and works on the parameter estimation problem of wideband bistatic Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) radar system in the impulsive noise environment. In many applications, it is not appropriate to approximate the wideband signal by the narrowband model. Furthermore, the echo signal may be corrupted by the non-Gaussian noise. The conventional algorithms degenerate severely in the impulsive noise environment. Thus, this paper proposes a new wideband signal model and a novel method in wideband bistatic MIMO radar system. It combines the fractional lower order statistics and fractional power spectrum, for suppressing the impulse noise and estimating parameters of the target. Firstly, a new signal array model is proposed under the alpha-stable distribution noise model. Secondly, Doppler stretch and time delay are jointly estimated by peak searching of the FLOS-FPSD. Furthermore, two modified algorithms are proposed for the estimation of the direction-of-departure and direction-of-arrival, including the fractional power spectrum density based on MUSIC algorithm (FLOS-FPSD-MUSIC) and the fractional lower-order ambiguity function based on ESPRIT algorithm (FLOS-FPSD-ESPRIT). Simulation results are presented to verity the effectiveness of the proposed method.     

Coherent angle estimation based on Hankel matrix construction in bistatic MIMO radar

In this article, a novel coherent angle estimation method is proposed for bistatic multiple-input multiple-output radar. First, a decorrelation operation is taken by constructing a Hankel block matrix whose rank equals the number of coherent targets and is independent of the coherency between these targets. Therefore, the signal and noise subspaces of the Hankel block matrix can be estimated properly. Then, in conjunction with the ESPRIT algorithm, the shift invariance properties of the transmit and receive arrays are exploited to estimate the angles of coherent targets with automatic pairing. The numerical simulations demonstrate its validity.