距离角度失配条件下的FDA-MIMO雷达运动目标检测算法

频控阵-多输入多输出(Frequency Diverse Array-Multiple Input Multiple Output,FDA-MIMO)雷达是一种新体制雷达,其发射频率分集特性带来了额外的距离维信息,然而采样误差同样带来了导向矢量失配的问题,不仅如此,角度误差的存在也会进一步加重导向矢量的失配,极大地影响检测器的检测性能。此外,目标速度过快也会对FDA-MIMO雷达的目标检测性能产生影响。速度带来的影响具体表现在两个方面:一方面会导致目标的距离走动,从而导致不同慢时间的回波包络不能对齐,无法相干积累;二是频率增量引起的多普勒扩展,使得不同发射通道的多普勒频率不一样,这会进一步影响检测性能。针对上述问题,本文针对运动目标情况下的目标检测问题进行研究,为了解决目标运动带来的距离徙动和多普勒扩展效应,引入Keystone变换进行校正。此外,为了提升阵列失配条件下的目标检测性能,本文引入子空间模型,提出了距离角度失配情况下的子空间构建方法,并基于广义似然比检验(Generalized Likelihood Ratio Test,GLRT)准则推导了FDA-MIMO雷达在距离和角度失配条件下的自适应检测器。仿真结果表明:在高斯白噪声背景下,所提算法可以校正运动目标在速度较快情况下导致的距离徙动和多普勒扩展效应,且在阵列距离和角度失配条件下的检测性能优于传统的GLRT检测器。此外本文所提Keystone-空域处理检测器与Keystone-全空时处理检测器的性能接近,且计算复杂度更低。

基于非对称幅度插值的二维来波方位估计

幅度插值方位估计法通过对少数几个波束采样插值得到来波方位,避免了密集的方位搜索,在工程中有广泛的应用。目前该方法大多基于一维,且使用对称函数进行插值,估计误差较高。本文通过解耦的方式将该方法由一维推广至二维任意阵,并考虑真实方位谱在偏离0°后左右波束不对称的情况,利用左右波束斜率比作为求解条件,使用非对称函数进行幅度插值。进一步,针对二维非对称插值中出现的角度失配问题,提出了迭代插值的解决方法。最后仿真分析了插值方法、迭代插值以及信噪比对插值精度的影响,所提出方法的插值精度优于传统对称插值方法;且通过千岛湖实验数据验证,所提方法以10°间隔插值得到的估计精度可以比拟常规波束形成以0.01°进行密集扫描的估计精度。所提方法能够在满足一些工程应用中对实时性要求的同时达到较高的方位估计精度。

修正主模抑制稳健自适应波束形成算法

针对自适应波束形成器在少快拍和波束指向角度失配情况下性能严重下降的问题,该文提出一种基于修正协方差矩阵的稳健主模抑制算法。算法提出利用修正协方差矩阵估计主模成分,进而重构出数据协方差矩阵,同时利用其特征向量向期望信号导引向量的投影来确定信号子空间维数。为提高算法在低信噪比情况下的性能,提出利用信号区域积分得到正定矩阵,以其主特征向量对信号子空间进行扩充,再将导引向量向信号子空间进行投影得到修正的导引向量。最终利用重构协方差矩阵及修正导引向量得到最优权值。理论分析和仿真实验验证了所提算法的有效性和稳健性。

基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法

针对大角度失配和采样协方差矩阵中包含有期望信号时,传统自适应波束形成器性能极剧下降的问题,提出了基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法。该算法将全空域划分成若干互不重叠的区域,分别对应干扰区域和期望信号区域,先利用标准Capon波束形成器及采样协方差矩阵的最小特征值对干扰加噪声协方差矩阵进行重构,再利用MUSIC谱估计法重构出信号协方差矩阵,以其主特征向量估计出期望信号导引向量,最终得到自适应波束形成器的最优权值。仿真实验结果表明,在少快拍和大角度失配情况下算法具有良好的性能。