【摘要】：對目標(biāo)進(jìn)行波達(dá)方向(DOA)估計(jì)是陣列信號處理的重要應(yīng)用之一,陣列DOA估計(jì)的兩個(gè)重要指標(biāo)為角度分辨力和自由度(DOF)。陣列的角度分辨力和陣列的孔徑緊密相關(guān),陣列的自由度取決于陣列陣元的數(shù)目。在滿足空間采樣情況下,提升兩種指標(biāo)的最直接的辦法是增加陣列的陣元數(shù)目,這就意味著增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。為了控制陣列系統(tǒng)的復(fù)雜度,在給定的陣元數(shù)目情況下,如何提高陣列的角度分辨力和自由度具有重要意義。一方面,可以采用稀疏非均勻直線陣列配置獲得大孔徑,通過其在互質(zhì)空間上的等效陣列獲得更大的陣列自由度;另一方面,可以采用多輸入多輸出(MIMO)陣列配置獲得合成等效孔徑以及更多的等效陣元。此外,可以采用多載頻稀疏均勻陣列配置獲取大的孔徑。以上三類陣列配置均可以歸于多載頻稀疏MIMO雷達(dá)的三種特殊等效陣列。因此,本文對多載頻稀疏MIMO雷達(dá)等效陣列DOA估計(jì)中存在的重要問題進(jìn)行了深入地研究,主要內(nèi)容概括如下:1)深入研究了多載頻稀疏MIMO雷達(dá)的等效陣列類型,分析了多載頻稀疏MIMO提升雷達(dá)系統(tǒng)空間角度分辨力以及自由度的機(jī)理。首先,對單載頻情況下的MIMO等效陣列進(jìn)行了研究;其次,在單載頻MIMO等效陣列的基礎(chǔ)上,分析了多載頻兩類綜合等效非均勻陣列的特征。針對等效稀疏非均勻直線陣列,提出了一種適用于稀疏非均勻直線陣列的快速DOA估計(jì)算法。通過將稀疏非均勻直線陣列看作均勻直線陣列的一部分,建立了稀疏非均勻直線陣列與均勻直線陣列的聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的子空間求根算法的改進(jìn),使其適用于稀疏非均勻直線陣列。2)基于稀疏非均勻直線陣列互質(zhì)空間等效陣列的特點(diǎn),提出了一種基于單次快拍的DOA估計(jì)方法。該方法首先利用壓縮感知DOA估計(jì)方法對目標(biāo)進(jìn)行DOA粗估計(jì),再利用基于角度預(yù)估計(jì)的陣列插值方法獲得最終的DOA估計(jì),一方面解決了壓縮感知方法的網(wǎng)格失配問題,另外一方面解決了陣列插值方法處理目標(biāo)數(shù)少的問題,能充分利用稀疏非均勻直線陣列在互質(zhì)空間上的孔徑以及自由度。此外,在任意非均勻陣列DOA估計(jì)方面,針對傳統(tǒng)稀疏參數(shù)估計(jì)方法(SPA)受限于均勻直線陣列以及稀疏非均勻直線陣列的問題,提出了兩種SPA拓展方法,一種為基于陣列插值的SPA拓展方法(AI-SPA),另一種為基于導(dǎo)向矢量分離技術(shù)的SPA拓展方法(MS-SPA)。兩種拓展方法都繼承了傳統(tǒng)SPA方法的優(yōu)點(diǎn),適用于任意的非均勻陣列。3)針對稀疏MIMO雷達(dá)等效稀疏非均勻周期陣列的相干信號DOA估計(jì)問題,提出了兩種拓展空間平滑方法。首先分析了稀疏MIMO雷達(dá)等效陣列的結(jié)構(gòu)特征。在處理相干信號時(shí),傳統(tǒng)的空間平滑方法受限于均勻直線陣列,為了將傳統(tǒng)的空間平滑算法拓展到稀疏非均勻周期陣列,提出了拓展空間平滑方法。拓展方法充分利用了稀疏非均勻周期陣列的結(jié)構(gòu)特征,將其分解成多個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)的互質(zhì)子陣列,利用子陣列進(jìn)行前向平滑處理和前后向平滑處理,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣秩的重構(gòu)。在平滑處理后,利用改進(jìn)的子空間求根算法對互質(zhì)子陣列進(jìn)行最終的DOA估計(jì),提高了估計(jì)性能。4)針對MIMO等效稀疏均勻直線陣列的角度模糊問題,提出了兩種多載頻解模糊方法。一種是互質(zhì)多載頻解模糊方法;另外一種是任意多載頻解模糊方法,分別給出了各自解模糊的充分條件。利用稀疏均勻直線陣列空間譜的周期特征,提出了兩種基于多載頻峰值匹配的快速DOA估計(jì)算法。i)基于匹配的部分譜搜索法,該算法通過對空間譜進(jìn)行部分搜索獲得各自載頻的所有模糊DOA,然后通過多載頻匹配解模糊,從而降低計(jì)算量。ii)基于匹配的子空間求根方法,首先利用傳統(tǒng)的子空間求根方法求取各個(gè)載頻所有的模糊根,然后通過多載頻根匹配算法解模糊;此外,針對互質(zhì)多載頻解模糊,提出了互質(zhì)多載頻聯(lián)合子空間求根算法。該方法首先將各個(gè)頻率的等效陣列看成同一個(gè)均勻直線陣列的不同子陣列,然后通過對各個(gè)子陣列的求根多項(xiàng)式求和濾除各自多項(xiàng)式的模糊根,實(shí)現(xiàn)解模糊處理。為了將該算法拓展到任意多載頻解模糊,提出了一種基于陣列導(dǎo)向矢量分離技術(shù)的拓展聯(lián)合求根算法。
【圖文】：

- 26 -恒虛警檢測方法對不同剖面的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，結(jié)果出，雷達(dá)前方存在很多靜止目標(biāo)。其中近距離放大上呈現(xiàn)均勻分布，間隔為 60 米的目標(biāo)，可以推測這邊的電線桿。圖 2-8a)給出了運(yùn)動(dòng)火車所在的多普勒圖 2-7 通道 1 的距離多普勒譜圖(幅度單位：dB)-7 The range-Doppler map of horn antenna 1 (amplitude in de

拓展方法和原始的 FOSS 方法的主要差異在于稀疏非均勻周期陣列分解后的子陣列依舊是稀疏非均勻周期陣列，不是均勻直線陣列。分解后的子陣列由N 個(gè)小的稀疏均勻直線陣列構(gòu)成，，小的稀疏直線陣列的陣元數(shù)目為0 0M ( M 2)。記分解后的第 l 個(gè)子陣列的接收數(shù)據(jù)為,1 ,2 ,1( ) [ ( ), ( ), , ( )]( ) ( ), = 1, 2, ,f T T T Tl l l l Nlsub lt t t tt t l L. y y y yA D s n(4-8)其中0l 1, 2, , L M M 1，L 為前向平滑子陣列的個(gè)數(shù)，其中第 n 個(gè)子陣列接收的數(shù)據(jù)為0, , 1, 1,( ) [ ( ), ( ), , ( )]Tl n l n l n l M nt y t y t y t y ， n 1,2, ,N。對應(yīng)的陣列流型矩陣為1 2[ ( ), ( ), , ( )]sub sub sub sub KA a a a ，其元素為子陣列的陣列導(dǎo)向矢量,( ) ( ) ( )sub k sub Tr k r ka a a (4-9)圖 4-3 通用互質(zhì) MIMO 雷達(dá)等效稀疏非均勻周期陣列的拓展前后向平滑方法的滑窗示意圖Fig.4-3 The extended forward-backward spatial smoothing scheme for the VNLA ofa generalized coprime MIMO radar
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN957.51

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2694605