论文部分内容阅读
多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达是近年来兴起的一种新体制雷达,它的性能优于传统的相控阵雷达,得到了国内外学者的广泛关注。通常根据MIMO雷达的发射天线和接收天线的配置,可以分为两种类型:集中式(Colocated)MIMO雷达和分布式MIMO雷达。集中式MIMO雷达包括单基地MIMO雷达和双基地MIMO雷达。在MIMO雷达探测系统中,为了实现对空中目标的快速定位与跟踪并获取目标的有效信息,需要对目标角度进行高精度估计,这是该系统的一个关键环节。因此,估计双基地MIMO雷达目标的离开角(Direction of Departure,DOD)和到达角(Direction of Arrival,DOA)与单基地MIMO雷达目标的DOA就显得尤为重要。论文研究了复杂环境下双基地/单基地MIMO雷达角度估计问题:1)冲击噪声环境下双基地MIMO雷达角度估计问题;2)高斯噪声环境下双基地MIMO雷达角度估计算法计算复杂度高的问题;3)高斯噪声环境下单基地MIMO雷达角度估计问题,包括空间近目标的估计问题,低信噪比/低快拍数下的角度估计问题和相干源的角度估计问题。下面对论文的主要工作总结如下:1)基于分数低阶矩的双基地MIMO雷达角度估计方法研究了冲击噪声环境下的双基地MIMO雷达角度估计问题。在这个工作中,首先,分析和研究了基于二阶统计量的双基地MIMO雷达角度估计算法在冲击噪声环境下角度估计性能严重退化,甚至失效的原因;其次,研究了分数低阶统计量的理论,应用分数低阶统计量构造分数低阶矩的矩阵,并联合Unitary ESPRIT算法提出了FLOM-Unitary ESPRIT的双基地MIMO雷达角度估计算法;最后,通过大量的计算机仿真实验验证了提出的算法能够有效地抑制强冲击噪声并具有好的角度估计性能。2)基于无穷范数的双基地MIMO雷达角度估计方法进一步研究了冲击噪声环境下的双基地MIMO雷达角度估计问题。由于在超强冲击噪声环境下,FLOM-Unitary ESPRIT算法角度估计性能退化较严重,不能有效抑制超强冲击噪声。为了解决这个问题,研究了无穷范数的方法,并提出基于无穷范数的ESPRIT-MUSIC角度估计算法。通过大量的仿真实验验证了提出的算法在超强冲击噪声环境下能够有效地估计角度,并且该算法也能工作在高斯噪声环境下,具有好的鲁棒性和更广泛的适用性。此外仿真实验也说明了提出的算法在冲击噪声环境下的角度估计性能优于FLOM-Unitary ESPRIT算法。3)基于多级维纳滤波器的双基地MIMO雷达角度估计方法研究了多级维纳滤波器的理论并提出基于多级维纳滤波器的双基地MIMO雷达角度估计算法。首先分析了目前存在的双基地MIMO雷达角度估计算法计算复杂度高的原因,并研究了多级维纳滤波器理论;其次利用多级维纳滤波器获得有效的信号子空间;最后应用Unitary ESRPIT算法有效地估计出DOD和DOA。利用多级维纳滤波器获得信号子空间能够使提出的算法具有低的计算复杂度,这是因为在双基地MIMO雷达角度估计中,基于子空间的算法需要对协方差矩阵进行特征值分解,计算量大,特别是对于大的MIMO雷达阵列,而提出的算法避免了特征分解,从而降低了计算复杂度,且能够有效地进行角度估计。另外在论文中分析了提出算法的计算复杂度,并通过计算机仿真实验说明了提出的算法不仅具有低的计算复杂度,而且具有高的角度估计精度。4)实值子空间拟合稀疏表示的单基地MIMO雷达角度估计方法研究了单基地MIMO雷达角度估计问题。首先介绍了压缩感知的基本理论并对其重构类算法进行分类介绍;其次,分析了稀疏表示理论在阵列信号中进行角度估计的合理性;此外,研究了稀疏表示理论和子空间拟合方法,提出实值子空间拟合稀疏表示的单基地MIMO雷达角度估计算法,该算法可以有效地工作在低信噪比/低快拍数的环境和相干源的环境下,并能有效分辨空间近的目标;最后通过大量的计算机仿真实验验证了提出的算法具有高的角度估计精度和更广泛的适用性。5)基于l_p范数的实值降维MUSIC角度估计方法研究了冲击噪声环境下单基地MIMO雷达角度估计问题。在这个工作的初步研究中将传统雷达的l_p-MUSIC算法扩展到单基地MIMO雷达角度估计中,并结合实值处理方法和降维技术,提出实值降维的l_p-MUSIC角度估计算法。初步研究中的仿真实验验证了提出的算法能有效地抑制超强冲击噪声并具有高的角度估计精度。本文通过严谨的理论分析和大量的计算机仿真实验验证了以上所提算法的有效性和正确性,为MIMO雷达能够在复杂的工程环境中应用提供了一定的理论基础。