發(fā)布時間：2017-03-25 08:14

  本文關(guān)鍵詞：MIMO雷達穩(wěn)健參數(shù)估計與波束形成方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：多輸入多輸出(MIMO)雷達作為一種新體制雷達,可以利用發(fā)射信號的多樣性來提高雷達系統(tǒng)性能。就陣列天線的布陣方式而言,MIMO雷達著重研究分布式和集中式兩大類。前者天線之間間距較大；而后者天線之間間距較小,包括單基地MIMO雷達和雙基地MIMO雷達。集中式MIMO雷達與傳統(tǒng)相控陣?yán)走_體制相似,但能利用波形分集提供更多的系統(tǒng)自由度,以提高參數(shù)估計性能。本文主要以集中式MIMO雷達為研究對象,結(jié)合工程應(yīng)用的需求,研究了復(fù)雜環(huán)境下的陣列校正技術(shù)、穩(wěn)健參數(shù)估計方法以及快速發(fā)射方向圖設(shè)計方法,并同時研究了高速平臺雷達的穩(wěn)健波束形成方法。具體研究內(nèi)容如下：1.針對單基地MIMO雷達的陣元位置、幅度及相位誤差校正問題,提出了一種基于分時信源的校正技術(shù)。通過在發(fā)射端發(fā)射正交信號、接收端進行匹配濾波,分離各發(fā)射信號分量,然后抽取對應(yīng)收發(fā)陣列參數(shù)的子矩陣來估計陣列誤差,避免了收發(fā)陣列誤差耦合求解的難題。該方法對收發(fā)陣列的陣列誤差進行離線估計和補償,計算量小,易于工程實現(xiàn)。2.針對單基地MIMO雷達收發(fā)陣列同時存在陣元互耦效應(yīng)和幅相誤差時測向性能下降的問題,提出了一種基于Capon波束形成的測向算法。該方法利用均勻線陣互耦矩陣的Toeplitz特性降低了參數(shù)空間維數(shù),并結(jié)合Kronecker積特性將發(fā)射和接收陣列的陣列誤差去耦合,從而對收發(fā)陣列誤差進行迭代補償,最終獲得目標(biāo)方位角的估計。3.通常情況下系統(tǒng)會同時存在多種形式的陣列誤差,可采用方位依賴的幅相誤差對其綜合作用進行描述。針對收發(fā)陣列同時存在方位依賴的幅相誤差的雙基地MIMO雷達,提出了一種基于降維MUSIC的目標(biāo)角度估計算法。該方法引入了少量精確校正的輔助陣元,首先根據(jù)信號子空間與噪聲子空間的正交性,將方位依賴的陣列誤差和目標(biāo)角度進行解耦合：其次利用Kronecker積特性,將原始的兩維搜索問題轉(zhuǎn)化為兩個一維搜索問題,減少了計算量。仿真實驗表明,當(dāng)收發(fā)陣列同時存在陣元位置誤差、幅相誤差和陣元互耦時,所提方法可以有效估計目標(biāo)方位。4.當(dāng)點目標(biāo)模型已不能準(zhǔn)確描述回波信號時,即不能忽略信源的空間分布特性。為解決幅相誤差下雙基地MIMO雷達的相干分布式目標(biāo)參數(shù)估計問題,提出了一種穩(wěn)健的角度估計算法。首先建立了雙基地MIMO雷達相干分布式目標(biāo)的信號模型;其次利用了相干分布式目標(biāo)廣義導(dǎo)向矢量的二次旋轉(zhuǎn)不變性,得以忽略幅相誤差對參數(shù)估計的影響,最終獲得目標(biāo)中心方位角的估計。結(jié)果表明,所提算法能夠在系統(tǒng)存有幅相誤差的情況下獲得目標(biāo)中心方位角的良好估計,并對角信號分布函數(shù)形式不敏感,具有較好的穩(wěn)健性。5.現(xiàn)有集中式MIMO雷達發(fā)射方向圖設(shè)計是通過優(yōu)化發(fā)射信號相關(guān)矩陣來逼近期望方向圖,可采用凸優(yōu)化方法求解,但計算量較大,不利于工程實現(xiàn)。針對此問題,提出了一種循環(huán)迭代的發(fā)射方向圖設(shè)計方法。該方法以加權(quán)最小二乘為準(zhǔn)則,通過引入輔助變量,將對發(fā)射信號相關(guān)矩陣的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為關(guān)于其Hermitian平方根的二次優(yōu)化問題,再以循環(huán)迭代的方式進行求解。對于均勻線陣,當(dāng)采用均勻加權(quán)且離散化方位角在歸一化空間頻率域均勻采樣時,可采用FFT進一步提高計算效率。6.高速平臺可以加裝相控陣體制雷達,當(dāng)雷達載體進行高速運動時,干擾相對陣列的入射方向可能會快速變化。當(dāng)干擾方向快速變化以及存有波束指向誤差時,自適應(yīng)波束形成的輸出信干噪比會急劇下降。針對上述問題,提出了一種基于干擾位置預(yù)測的穩(wěn)健波束形成方法。首先,在定義歸一化空間頻率的基礎(chǔ)上預(yù)測干擾在權(quán)值應(yīng)用時期的位置,給出零陷范圍；然后對零陷范圍進行低增益約束以實現(xiàn)干擾抑制,同時約束主瓣區(qū)域響應(yīng)不衰減以提高波束形成對指向誤差的穩(wěn)健性。仿真實驗表明,該方法可以有效抑制方向快速變化的干擾信號,并對指向誤差具有較好的穩(wěn)健性,有效延長了權(quán)值使用時間。
【關(guān)鍵詞】：多輸入多輸出(MIMO)雷達 陣列校正 參數(shù)估計 發(fā)射方向圖設(shè)計 穩(wěn)健波束形成
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN958
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號對照表13-14
• 縮略語對照表14-19
• 第一章 緒論19-31
• 1.1 選題緣由和意義19-22
• 1.2 研究歷史與現(xiàn)狀22-28
• 1.2.1 集中式MIMO雷達參數(shù)估計的研究歷史與現(xiàn)狀23-25
• 1.2.2 MIMO雷達發(fā)射方向圖設(shè)計的研究歷史與現(xiàn)狀25-26
• 1.2.3 自適應(yīng)波束形成方法的研究歷史與現(xiàn)狀26-28
• 1.3 論文內(nèi)容與安排28-31
• 第二章 集中式MIMO雷達的工作特點31-39
• 2.1 虛擬陣元31-33
• 2.2 陣列誤差及其建模33-35
• 2.3 方向圖設(shè)計35-37
• 2.4 本章小節(jié)37-39
• 第三章 單基地MIMO雷達陣列校正技術(shù)39-63
• 3.1 基于分時信源的校正技術(shù)40-51
• 3.1.1 單基地MIMO雷達MUSIC算法40-42
• 3.1.2 陣列誤差校正42-46
• 3.1.3 仿真分析46-51
• 3.1.4 小結(jié)51
• 3.2 基于Capon波束形成的自校正技術(shù)51-61
• 3.2.1 信號模型52-53
• 3.2.2 算法描述53-56
• 3.2.3 仿真分析56-61
• 3.2.4 小結(jié)61
• 3.3 本章小結(jié)61-63
• 第四章 雙基地MIMO雷達穩(wěn)健參數(shù)估計方法63-79
• 4.1 基于降維MUSIC的方位角估計方法64-70
• 4.1.1 信號模型64-66
• 4.1.2 算法描述66-67
• 4.1.3 仿真分析67-69
• 4.1.4 小結(jié)69-70
• 4.2 穩(wěn)健的相干分布式目標(biāo)中心方位角估計方法70-78
• 4.2.1 信號模型70-72
• 4.2.2 算法描述72-75
• 4.2.3 仿真分析75-77
• 4.2.4 小結(jié)77-78
• 4.3 本章小結(jié)78-79
• 第五章 MIMO雷達快速發(fā)射方向圖設(shè)計方法79-91
• 5.1 問題描述80-81
• 5.2 快速發(fā)射方向圖設(shè)計方法81-85
• 5.2.1 循環(huán)迭代法81-84
• 5.2.2 迭代FFT法84-85
• 5.3 仿真實驗85-89
• 5.3.1 非均勻加權(quán)情況85-87
• 5.3.2 均勻加權(quán)情況87-89
• 5.4 本章小結(jié)89-91
• 第六章 穩(wěn)健的自適應(yīng)波束形成方法91-107
• 6.1 信號模型92-95
• 6.2 經(jīng)典的自適應(yīng)波束形成方法95-99
• 6.2.1 Capon波束形成方法96
• 6.2.2 零陷加寬方法96-97
• 6.2.3 干擾協(xié)方差矩陣重構(gòu)法97-99
• 6.3 基于干擾位置預(yù)測的波束形成方法99-103
• 6.3.1 LCMV波束形成方法99-102
• 6.3.2 基于干擾位置預(yù)測的穩(wěn)健波束形成方法102-103
• 6.4 仿真分析103-106
• 6.5 本章小結(jié)106-107
• 第七章 結(jié)論和展望107-111
• 7.1 研究結(jié)論107-109
• 7.2 研究展望109-111
• 參考文獻111-121
• 致謝121-123
• 作者簡介123-124

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 郭藝奪;張永順;張林讓;童寧寧;;雙基地MIMO雷達收發(fā)陣列互耦條件下目標(biāo)定位方法[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報;2011年06期

  本文關(guān)鍵詞：MIMO雷達穩(wěn)健參數(shù)估計與波束形成方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：266918