基于矢量传感器MIMO雷达的DOD DOA和极化联合估计算法

该文研究了一种基于多输入多输出(MIMO)电磁矢量传感器阵列雷达目标波离角(DOD),波达角(DOA)和极化联合估计问题。提出一种新型矢量阵MIMO雷达系统模型,发射阵列采用常规阵元,而接收阵列采用电磁矢量传感器。在此基础上,该文提出4维MUSIC, ESPRIT和迭代1维MUSIC 3种联合参数估计算法。其中迭代1维MUSIC算法首先利用矢量传感器的内在结构特点获得目标DOA预估计,随后采用MUSIC算法对DOD和DOA分别进行1维搜索获得目标角度的高精度估计,最后给出一种基于ESPRIT的目标极化估计算法。迭代1维MUSIC算法可用于不规则阵列,对接收阵列约束较少,无需2维搜索及多维搜索,还可以利用矢量阵特点扩展阵列孔径提高DOA估计精度。此外,论文还推导了DOD, DOA和极化联合估计的CRB。仿真实验表明,与前两种算法相比,迭代1维MUSIC算法具有与CRB更接近的估计精度。     

矢量传感器阵列MIMO雷达高精度二维DOA与极化联合估计

该文采用矢量传感器配置下的十字型阵列MIMO雷达系统,提出一种新的2维高精度DOA与极化参数联合估计算法。首先根据MIMO雷达虚拟阵列导向矢量的特点,通过降维矩阵的设计及回波数据的降维变换,将高维回波数据转换至低维信号空间;然后基于传播算子获得对应信号子空间的估计,利用收、发阵列阵元间长基线对应的旋转不变性和极化矢量中电场矢量和磁场矢量的叉积进行2维高精度DOA估计和解模糊处理,同时利用与阵列结构无关的极化域旋转不变性进行极化辅角和极化相位差的联合估计。该矢量传感器MIMO雷达阵列可同时获取MIMO雷达的波形分集和矢量传感器的极化分集,无需额外增加阵元和硬件开销,能够有效扩展阵列孔径,提高参数估计性能;同时通过降维变换及传播算子,在获取信噪比增益的同时,能够实现2维高精度DOA和2维极化矢量的联合估计及参数的自动配对,有效降低数据处理维数和参数估计的运算复杂度;最后,仿真结果验证了理论分析的正确性和算法的有效性。     

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。     

电磁矢量传感器阵列相干和独立信号DOA估计

本文研究利用矢量传感器阵列接收数据的高阶累计量区分独立和相干信号,进行参数估计.从矢量阵列信号高阶累积量任意数量的切片中估计多信号中的一个独立信号参数时,利用隔离向量选通目标信号,对其他信号进行隔离,提高了独立信号参数估计性能,信号源中可包含相干信号.独立信号的电场导向矢量与电磁导向矢量因垂直而内积为零,利用此关系可得到已虑除了所有独立信号的多个四阶累积量切片矩阵,相干信号存在于矩阵的信号子空间中.滤除独立信号估计相干信号参数,可提高相干信号参数估计性能.因可抑制任意方向,任意数量的独立干扰,即能抗饱和干扰,算法可作为电子对抗工具.仿真试验表明该方法有效.     

基于DOA矩阵法的矢量传感器阵列二维波达方向估计

DOA矩阵法是一种二维波达方向估计方法,该方法具有分辩率较高、计算量较少的特点。该文将DOA矩阵法扩展至矢量传感器阵列的波达方向估计,推导出相应的计算公式,分析了算法计算复杂度。算法分析表明,相对于ESPRIT算法,DOA矩阵法计算复杂度大大降低。Monte Carlo仿真结果表明,与ESPRIT算法相比,DOA矩阵法估计的均方根偏差和均方根标准方差相对大一些,所需的最低快拍数也增加。     

原位误差情况下DOA和极化参数盲估计

现有基于电磁矢量传感器的波达方向(DOA)和极化参数联合估计算法中,均假设电磁矢量传感器的三个电偶极子和三个磁偶极子严格指向参考坐标系,即不存在原位误差.当电磁矢量传感器存在未知原位误差时,其实际极化-角度域导向矢量与理想情况下的极化-角度域导向矢量产生一定的偏差,导致现有算法的估计性能显著下降.基于极化-角度域导向矢量的一阶Taylor近似展开,给出一种原位误差情况下DOA和极化参数的盲估计算法和各参数估计的CRB界.仿真结果表明,在存在原位误差的情况下,该方法的估计性能明显优于传统方法.     

基于空域稀疏性的嵌套MIMO雷达DOA估计算法

针对传统MIMO雷达可分辨目标数受限于虚拟阵元数的问题,该文提出一种基于嵌套阵的MIMO雷达阵形设计新方法并改进了相应的稀疏DOA估计算法。首先分析对传统MIMO雷达的虚拟阵元进行嵌套采样给DOA估计性能带来的影响;然后提出嵌套MIMO雷达阵形设计方法,在虚拟阵元数相同的情况下,该阵形比传统阵形分辨更多的目标;最后提出一种基于空域稀疏性的嵌套MIMO雷达改进DOA估计算法,该算法使用噪声子空间加权,在提高分辨率的同时可以有效消除伪峰。仿真结果验证了该文算法的有效性和优越性。     

电磁矢量传感器阵列信号波达方向估计:双模MUSIC

 针对电磁矢量传感器阵列信号波达方向(DOA)估计问题,提出了一种基于张量模型的双模MUSIC算法,并讨论了双模MUSIC角度参数和极化参数的分离问题,提出一种低维双模MUSIC算法.(低维)双模MUSIC算法利用了张量信号子空间与两个噪声子空间的双模正交性,通过连续两次子空间投影完成DOA估计.计算机仿真结果表明,(低维)双模MUSIC算法性能要明显优于传统基于矩阵模型的MUSIC方法.     

复合高斯杂波中MIMO雷达DOA估计的克拉美-罗下限

该文研究了复合高斯杂波下MIMO雷达DOA估计的平均克拉美-罗下限(Average CRB, ACRB)。首先,给出了MIMO雷达信号与杂波模型;然后,推导出目标DOA估计ACRB的一般关系式,在此基础上给出当杂波texture分量满足反Gamma分布时,ACRB的闭合表达式;接着,研究了目标DOA估计的中断CRB(Outage CRB),克服了一个发射单元时ACRB发散的问题;最后进行计算机仿真并给出结论。结果表明MIMO雷达的空间分集能有效地降低其DOA估计ACRB,且ACRB随发射单元数量的提高而减小;另外在相同条件下,MIMO雷达在复合高斯背景下DOA估计的ACRB大于相应高斯背景下的ACRB。     

水下电磁场源的二维DOA和极化估计

以电磁矢量传感器在均匀海水中的电声测量为运用背景,建立了水中单个电磁矢量传感器的数据接收模型,采用特征值分解的信号子空间TLS-ESPRIT算法,对基于该算法的单个电磁矢量传感器估计多个信号源的DOA和极化参数问题进行了研究。     

MIMO雷达GMTI性能及DOA估计的克拉美·罗界分析

研究了MIMO雷达GMTI 性能及其DOA估计的克拉美·罗界(CRB)。首先建立机载平台下MIMO雷达信号模型,通过对系统参数设置,可使MIMO雷达工作在3种不同模式中。接着分析了MIMO雷达GMTI性能,并推导出了在MIMO雷达空时信号模型下,利用空时联合域信息时DOA估计的CRB。仿真结果表明,无论是GMTI性能还是DOA估计性能,MIMO雷达均优于相控阵雷达,尤其是发射稀疏阵MIMO雷达性能最佳。同时,利用空时联合域信息能有效改善MIMO雷达DOA估计的CRB,在目标多普勒频率相差较大时效果更加明显。     

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。     

基于波束空间MUSIC的MIMO雷达波达方向估计

在进行波达方向估计时,阵元空间MUSIC方法的计算量通常都比较大。为了解决此问题,采用了波束空间MUSIC的方法,它的计算量较阵元空间MUSIC方法有所下降,将它运用于多输入多输出雷达波达方向的估计问题。计算机仿真实验表明,虽然协方差矩阵特征分解的计算量下降了,但是波束空间MUSIC的性能依然良好。     

基于STFAP的MIMO雷达运动目标参数估计的CRB研究

多发多收(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷达在目标检测、参数估计等方面具有显著优势。目标参数估值的CRB被证明是系统设计和空时自适应处理(STAP)性能分析中的有力工具。该文针对采用频分正交信号的共置天线MIMO雷达,首先建立基于MIMO雷达的目标和杂波空-时-频信号模型;在此基础上,研究基于空-时-频自适应处理(STFAP)的MIMO雷达地面运动目标角度和多普勒参数最大似然估值的克拉美-罗界(CRB);最后通过CRB性能仿真分析验证了MIMO雷达STFAP有效消除动目标检测盲速,提高目标参数估计精度的优势。     

基于快速张量分解的波束空间MIMO雷达二维DOA估计算法

传统MIMO雷达由于采用全向发射模式导致目标增益损失严重,致使DOA估计算法性能较差.因此,本文提出基于波束空间MIMO雷达的张量模型和快速张量分解的二维DOA估计算法.波束空间MIMO雷达能够通过发射波束成形技术将发射能量集中到指定空域,弥补传统MIMO雷达的发射增益损失.通过高阶张量模型应用MIMO雷达多脉冲接收数...     

MIMO雷达DOA估计方法分析

在介绍多输入多输出（MIMO:Multiple-Input Multiple-Output）雷达的信号模型的基础上,给出了一种目标波达方向（DOA:Direction of Arrival）估计方法--多信号分类（MUSIC:Multiple Signal Classification）方法在MIMO雷达系统DOA估计中的应用。与传统相控阵雷达相比,在MIMO雷达系统中该方法可以分辨的信号源数目有较大增加。通过仿真实验,详细分析了在MIMO雷达系统DOA估计中,多种因素对MUSIC方法测角精度的影响。     

基于协方差匹配SLO算法的MIMO雷达DOA估计

利用加权平滑l0范数(Smoothed l0, SL0)算法估计MIMO雷达目标DOA时,需要把协方差矩阵进行矢量化来获得相应的稀疏重构模型,并利用信号和噪声子空间的正交性来构造加权向量。然而当存在相干信源时,MIMO雷达协方差矩阵的秩将退化,这会使得稀疏重构模型的误差较大以及无法正确区分信号和噪声子空间,导致加权SL0算法的DOA估计性能恶化。针对上述问题提出了一种基于协方差匹配SL0算法的MIMO雷达DOA估计方法。该方法利用协方差匹配准则重构出一个满秩的协方差矩阵,恢复MIMO雷达协方差矩阵的Toeplitz特性,并利用协方差逆矩阵的高阶幂来近似噪声子空间从而计算加权向量。仿真分析表明,该方法能够在无需预知信源数目的情况下有效地完成对相干信号的DOA估计。