双基地MIMO雷达收发角及多普勒频率的联合估计算法

该文提出了一种基于平行因子分析的双基地MIMO雷达发射角、接收角及多普勒频率的联合估计算法。推导了SweilingII目标模型下的接收信号表示式,表明它具有三面阵模型特性。分析了该模型分解的唯一性,并从三线性最小二乘迭代得到的矩阵中完成参数估计。该算法充分利用接收端输出的所有信息,且每次迭代具有精确的最小二乘闭式解,消除了多次特征分解的误差积累,因此提高了估计精度。同时能够实现自动配对,降低了运算量。仿真试验验证了理论分析的有效性。

空间色噪声环境下基于时空结构的双基地MIMO雷达角度和多普勒频率联合估计方法

该文针对空间色噪声环境提出一种基于时空结构的双基地MIMO雷达角度和多普勒频率联合估计方法,并推导了基于时空结构时角度和多普勒频率估计的克拉美-罗界(CRB)。该方法在时域噪声为高斯白噪声的假设下,首先将不同时刻匹配滤波器输出进行互相关以消除空间色噪声的影响,然后将相邻时刻匹配滤波器输出的时间相位差作为时间旋转因子,采用ESPRIT方法估计目标的DOD(Direction Of Departure),DOA(Direction Of Arrival)和多普勒频率。该方法能够克服空间色噪声的影响,所估计参数自动配对且无阵列孔径损失,并且适用于发射和接收阵列不满足平移不变结构的情况。计算机仿真验证了该文所提方法的有效性。

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。

时空非均匀采样下双基地MIMO雷达收发角及多普勒频率联合估计方法

该文针对发射阵列、接收阵列以及多级延迟器均为非均匀配置的双基地MIMO雷达,提出基于时域和空域二次自由度扩展的发射角、接收角以及多普勒频率估计的ESPRIT(Estimating Signal Via Rotational Invariance Techniques)新方法。该方法利用双基地MIMO雷达特殊的方向矢量特点(矩阵的Khatri-Rao积形式),对接收信号进行两次行置换以及去冗余处理,实现了时域和空域孔径自由度的二次扩展。然后对新数据进行时空"滑窗"处理,利用ESPRIT算法分别估计出目标的收发角以及多普勒频率。理论和仿真结果表明:在相同阵元和延迟级数情况下,所提算法的估计性能优于四线性分解和多维ESPRIT算法,且能估计出更多的目标,此外,通过最小冗余配置,极大地降低了阵列和延迟器的配置需求,更利于实际工程应用。

基于单次快拍的双基地MIMO雷达多目标角度估计方法

该文提出了一种双基地MIMO雷达体制下,利用单次快拍的回波数据进行多目标2维发射角(DOD)和2维接收角(DOA)联合估计的新方法。首先对等效接收阵数据的自相关矩阵进行发射分集平滑实现接收角(DOA)的估计,然后对等效发射阵数据的自相关矩阵进行接收分集平滑实现发射角(DOD)的估计,最后通过最大似然法完成两种角度的配对。该算法仅用一个时域快拍的数据实现了多目标回波的解相干,对发射和接收阵型有着广泛的适应性,同时为高速机动目标的角度测量提供了一种新的思路,仿真实验表明了该算法的有效性。

空间色噪声环境下双基地MIMO雷达角度和多普勒频率联合估计方法

该文提出了一种空间色噪声环境下双基地MIMO雷达角度和多普勒频率的联合估计方法。该方法利用相邻时刻匹配滤波器输出的互相关矩阵构造新矩阵,消除了空间色噪声的影响,通过对其进行奇异值分解(SVD)获得信号子空间,然后将相邻时刻匹配滤波器输出的时间相位差作为时间旋转因子,采用ESPRIT方法获得目标多普勒频率、波离方向(DOD)和波达方向(DOA)的联合估计。该方法没有阵列孔径损失,且所估计参数能够实现自动配对。计算机仿真验证了该方法的有效性。

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。

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。

冲击噪声背景下基于稀疏表示的双基地MIMO雷达多目标定位

该文研究了对称a稳定分布(SaS)冲击噪声下双基地MIMO雷达的多目标定位问题。针对SaS噪声下因二阶矩不存在而造成子空间类算法估计性能下降的不足,提出了矩阵行2范数最大的预处理方法对接收数据进行归一化,使得归一化后的协方差矩阵有界,并以拉直后的协方差矩阵构造稀疏线性模型,提出了基于协方差矩阵-近似零范数(Covariance Matrix Smoothed L0 norm,CMSL0)算法进行目标的发射角和接收角估计。仿真实验表明:通过矩阵行2范数最大化预处理之后,MUSIC(Multiple Signal Classification)和CMSL0算法均能有效地估计出目标的角度,并且CMSL0算法的估计精度及对冲击噪声的稳健性均优于MUSIC算法。此外,与MUSIC算法相比,CMSL0算法不要预先估计目标源的数目,且收发阵元不受半波长间隔的限制。

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。

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。

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。

双基地MIMO雷达发射波束形成与多目标定位

针对双基地多输入多输出(MIMO)雷达目标定位问题,首先提出一种子波束合成(SBS)算法进行发射波束形成,在此基础上提出一种基于并行因子分解(PFD)的多目标定位算法。SBS算法通过对多个发射信号分别加权形成子波束,在空间叠加使发射能量聚焦在感兴趣空域,提高了接收端信噪比。基于PFD的定位算法根据匹配滤波输出的代数结构,利用迭代算法和角度恢复算法估计目标发射角(DOD)和接收角(DOA),且能自动配对,同时避免了二维谱峰搜索、协方差矩阵估计和多次特征分解造成累积误差。结合以上两种算法可有效提高目标定位精度。仿真结果证明了所提算法的有效性和优越性。

双基地MIMO雷达目标角度快速跟踪算法

针对双基地多输入多输出(MIMO)雷达目标角度跟踪问题,提出了一种低复杂度目标角度跟踪算法。首先估计出相邻时刻接收数据协方差矩阵的差;然后推导了协方差矩阵的差与目标角度差的关系,并且得到了相应的公式;最后通过最小二乘法得到相邻时刻的角度差,估计出目标的收发角度。算法避免了协方差矩阵的分解,实现了相同时刻收发角度的自动配对,降低了计算复杂度。由于算法能够实现相邻时刻的角度的自动相关,不需要复杂度高的角度相关算法,能够实现目标角度的快速跟踪,为双基地MIMO雷达的实际应用提供理论支持。

空间色噪声环境下双基地MIMO雷达多目标角度估计和互耦自校正

提出了在空间色噪声环境下双基地MIMO雷达多目标角度估计和互耦自校正的算法。利用四阶累积量能抑制空间色噪声的特性,对数据进行预处理。通过互耦系数矩阵的Toeplitz特性和ESPRIT算法思想,分别提取出发射端和接收端的旋转不变因子,并且实现了发射角和接收角的自动配对。最后利用估计出来的发射角和接收角,采用拉格朗日乘数法实现了互耦系数的自校正。仿真结果证明了本文算法的有效性。

双基地MIMO雷达发射功率聚焦的角度估计算法研究

该文针对传统双基地MIMO雷达发射功率在空间发散的问题,提出一种双基地MIMO雷达发射功率聚焦方法。首先,建立了双基地MIMO雷达发射功率聚焦的优化模型,其优化准则为:在感兴趣空域内严格约束优化波束与期望波束的最大误差小于给定门限的前提下,最小化发射方向图的峰值旁瓣功率。同时,构造特殊发射端波束矩阵,不仅能使等效发射/接收导向矢量具有旋转不变性,并且简化了原优化模型,以便采用二阶锥规划理论进行快速求解;其次,利用改进平行因子算法对空间目标的收发角度进行估计,结合发射/接收导向矢量的旋转不变性对平行因子内部最小二乘算法的初始迭代点进行了改进,有效地减小了算法的迭代步数;再次,推导了双基地MIMO雷达发射功率聚焦下多目标角度估计的克拉美罗界(CRB),进一步说明了所提方法的优越性。最后,仿真验证了理论分析的有效性。

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。

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。

非均匀杂波背景下双基地MIMO雷达距离扩展目标的GLRT检测

利用球不变随机矢量(Spherically Invariant Random Vector,SIRV)描述非均匀杂波,建立了双基地多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Qutput,MIMO)雷达距离扩展目标的信号检测模型,提出了距离扩展目标的两步广义似然比检测(Generalized Likelihood Ratio Test,GLRT)算法.首先,根据目标散射系数的两种假设模型,分别推导确定型目标、高斯型目标GLRT检测器的解析表达式,然后利用固定点迭代算法估计杂波协方差矩阵,获得自适应GLRT(AD-GLRT和AG-GLRT)检测器.仿真实验表明:AD-GLRT和AG-GLRT检测器的检测性能均优于非均匀杂波背景、高斯杂波背景下点目标的检测性能,且两者的检测性能相当,并且虚拟阵元数、目标分布的距离单元数,以及信杂比越大,两者的检测性能越好.

色噪声环境下双基地MIMO雷达收发角度估计

针对基于二阶统计量的MIMO雷达收发角度估计方法在色噪声环境下性能严重下降的问题,提出一种基于四阶累积量的双基地MIMO雷达的收发角度联合估计算法.从累积量的基本定义出发,构造出四阶累积量矩阵,通过特征值分解有效的分离出噪声子空间,最后根据MUSIC算法的基本原理,实现了MIMO雷达收发角度的正确估计,且估计参数可以自动配对.与传统基于二阶统计量的MUSIC算法相比,所提算法能够有效抑制高斯色噪声的影响,提高目标的角度估计性能,理论分析和仿真结果验证了所提方法的有效性.