UWB MIMO穿墙雷达的阵列设计和成像方法

利用多发多收(MIMO)方式对超宽带(UWB)穿墙成像雷达天线阵列进行稀疏化处理不失为一种很好的选择。该文从成像模型出发,分析了UWB MIMO天线阵的等效接收阵列问题,给出了基于空间卷积理论的UWB MIMO阵列设计方法,仿真验证了方法的有效性和在穿墙成像系统中应用的可行性。此外,提出了相干系数加权稳健Capon波束形成的自适应成像方法,理论分析和实验结果表明该方法能够获得较高的分辨率和图像信噪比。     

基于MIMO技术的二维波达方向估计

传统的L型阵相比面阵精简了阵列结构,以较少的阵元实现二维波达方向估计,但是波达方向估计性能受到物理孔径限制。本文将MIMO技术和L型阵结合,提出一种基于MIMO技术的L型阵二维波达方向估计方法。该方法通过MIMO等效虚拟阵列原理,将L型阵等效为一矩形平面阵列,然后在等效矩形阵列的基础上,采用MUSIC进行二维波达方向估计,以L型阵的物理孔径实现矩形平面阵列的估计性能。本文推导了二维波达方向估计的CRB,计算机仿真实验证实了所提方法的有效性。      

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.     

基于阵元局部分布特征的MIMO雷达阵列设计方法

MIMO雷达采用多发多收的工作模式,减少了天线和收发模块的数量,降低了系统的成本和复杂性,被广泛应用于城市反恐、灾后救援等领域。针对现有二维MIMO雷达阵列存在旁瓣高、成像质量差的问题,本文提出了一种基于各天线单元局部特性的二维MIMO阵列设计方法,设计了等效阵元投影局部密度和二维局部密度两个优化对象,以及边界约束和最小间距约束两个约束条件,通过对方形均匀MIMO阵列进行迭代优化,得到旁瓣更低的阵列排布形式。仿真和实测实验结果表明,本文所设计的二维MIMO阵列的成像结果有更低的旁瓣,且在生命体征检测和人体姿态重构等雷达应用领域都有很好的探测性能,为人体目标的多域信息感知提供了可能。     

联合感知矩阵优化的穿墙MIMO阵列稀疏成像方法

采用压缩感知理论的穿墙稀疏成像恢复算法需要感知矩阵满足有限等距性质(RIP),最直接的验证方法是判定感知矩阵的相干系数是否较小。针对现有的穿墙多输入多输出(MIMO)阵列稀疏成像方法没有验证感知矩阵是否满足RIP 性质而容易出现重构失败并导致成像模糊的问题,提出一种联合感知矩阵优化的穿墙MIMO阵列稀疏成像方法。该方法首先依据配置指标将阵元配置为两端发中间收和分时复用的模式,既能使感知矩阵的相干系数最小,又能获得均匀而不冗余的等效虚拟阵元;然后,从中选取部分能够满足感知矩阵相干系数最小的虚拟阵元组合,使用可分离逼近结构稀疏恢复算法充分考虑扩展目标信号的结构稀疏先验信息对其进行稀疏成像重构;最后,选取成像性能指标较好的一组作为成像结果。仿真和实验结果表明,该方法降低了运算量和虚拟阵元间的干扰,节约了硬件成本,提高了算法的稀疏重构性能,获得了高分辨的穿墙扩展目标成像。     

近场雷达成像非均匀稀疏阵设计

阵列设计作为多输入多输出(MIMO)雷达成像系统中的一项关键技术直接影响系统成像性能。为了解决阵元数目、结构与成像质量的关系问题,研究了近场MIMO收发稀疏阵的点扩展函数,研究了合成阵列中栅瓣的位置,探讨了基于等效阵列概念的MIMO阵列设计方法,优化了基于远场条件设计的稀疏阵,并讨论了近场效应对成像结果的影响。仿真结果表明：优化后的阵列在120~150 GHz栅瓣水平可以抑制到-50 dB。     

太赫兹MIMO弧形阵列方位向成像算法研究

该文提出一种新的在太赫兹频段下基于MIMO弧形阵列的方位向成像算法,通过将MIMO弧形阵列等效转换为MIMO线阵,基于等效MIMO线阵引入RMA算法思路对弧形阵列方位向图像进行重建。该文详细介绍了MIMO弧形阵列与普通MIMO线阵的等效转换,建立了相应的成像信号模型,设计了MIMO弧形阵列太赫兹单频方位向成像算法,并通过计算机仿真验证了该算法的可行性与有效性。     

稀疏阵时分多相位中心孔径综合及其应用

为了降低机载三维成像雷达系统的复杂度,该文研究了基于稀疏阵三维成像雷达系统中的重要问题。提出了稀疏阵时分多相位中心孔径综合方法,通过运动补偿,该方法使综合后的相位中心数量和分布情况和满阵天线的相同,从而避免了稀疏阵旁瓣较高的问题;利用模拟退火算法对阵列进行了优化,以使实际使用的阵元最少;由于交轨阵列尺寸远小于场景宽度,系统采用了子孔径三维成像算法。实例分析和仿真结果表明了该方法的有效性。     

用于超宽带高分辨率成像的二维稀疏MIMO面阵拓扑结构研究

分析并总结了超宽带二维多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)面阵拓扑结构设计的两条原则——等效孔径的均匀性与无明显遮蔽性, 并根据这两条原则提出了一种用于超宽带近距离高分辨率成像的新型面阵拓扑结构.与尺寸、阵元数相同的MIMO面阵相比, 该新型面阵结构在仿真获取的方向图中具有更好的聚焦效果和旁瓣抑制能力.并且, 不同距离下的聚焦结果显示, 该面阵的峰值旁瓣水平均要低于另两个阵列2 dB以上.对复杂目标成像的实验结果进一步证明了该阵列良好的成像性能.结合其等效阵元数量较少的特点, 文中提出的这种新型MIMO面阵拓扑结构为高效、实时的超宽带近距离高分辨率成像应用提供了可能.     

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.     

MIMO雷达非均匀布阵的性能分析

多输入多输出（MIMO）雷达是一种新体制雷达,它在发射端发射正交信号,从而产生虚拟阵元,扩大阵列孔径,在DOA估计、参数识别等方面的性能较相控阵雷达有很大提高。而目前有关MIMO雷达中虚拟阵元的讨论都以均匀线阵（ULA）为基础,并与相控阵雷达的性能进行比较。丈中在ULA的基础上,研究了非均匀线阵（NLA）,研究结果表明,非均匀线阵产生了更多的有效虚拟阵元,与相控阵雷达和ULA布阵MIMO雷达相比．具有更多的空间自由度、更好的克拉关·罗界和更好的DOA性能。     

相干MIMO雷达关键技术研究

相干MIMO雷达是扩大接收天线口径的有效手段.通过分析,相干MIMO雷达的关键技术主要包括子阵面之间校准技术、栅瓣抑制技术、近场多源定位技术.文中对3大关键技术进行了深入分析,提出了解决途径,并对关键技术的解决途径进行仿真分析和实际工程验证,结果表明该方法是有效的.     

基才多相编码和收发阵列设计的机载MIMO雷达STAP方法

针对提高MIMO雷达多信号间正交性问题．提出了基于遗传算法优化提高多相编码信号自相关峰值、降低互相关峰值方法,提高多发射信号间正交性,降低盲速影响。针对天线阵列稀疏导致盲速、阵元密布导致天线孔径过小问题,从等效天线特征出发,给出了一种发疏收密阵列结构,与多相编码信号结合,进行动目标检测。仿真实验证明,基于多相编码正交信号和收发阵列设计。MIMO STAP可实现良好动目标检测性能。     

Three-dimensional near-field MIMO array imaging using range migration techniques

This paper presents a 3-D near-field imaging algorithm that is formulated for 2-D wideband multiple-input-multiple-output (MIMO) imaging array topology. The proposed MIMO range migration technique performs the image reconstruction procedure in the frequency-wavenumber domain. The algorithm is able to completely compensate the curvature of the wavefront in the near-field through a specifically defined interpolation process and provides extremely high computational efficiency by the application of the fast Fourier transform. The implementation aspects of the algorithm and the sampling criteria of a MIMO aperture are discussed. The image reconstruction performance and computational efficiency of the algorithm are demonstrated both with numerical simulations and measurements using 2-D MIMO arrays. Real-time 3-D near-field imaging can be achieved with a real-aperture array by applying the proposed MIMO range migration techniques.     

MIMO雷达的最小冗余线性阵列配置与优化

提出了一种利用最小冗余非均匀线性阵列对多输入多输出(MIMO)雷达系统进行阵列配置优化从而提高参数估计性能的方法。文中从MIMO雷达信号模型出发,分析了均匀线性阵列与非均匀线性阵列两种配置下,MIMO雷达系统获得的虚拟阵元数的差异,给出了一种在物理阵元数量较大时最小冗余非均匀线性阵列的生成方法。仿真结果表明:最小冗余线性阵列能够利用较少的物理阵元个数获得与均匀线性阵列相同的参数估计性能。而在物理阵元个数相同的情况下,最小冗余非均匀线性阵列MIMO雷达可以获得更多的虚拟阵元、更好的参数估计性能和更低的克拉美·罗界。     

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。