基于电磁矢量传感器的双基地MIMO雷达目标参数估计方法研究

发布时间：2017-06-25 05:13

  本文关键词：基于电磁矢量传感器的双基地MIMO雷达目标参数估计方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：双基地多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达作为MIMO雷达的一个重要分支,采用了发射阵列和接收阵列分开放置的形式,从而获得较高的分集增益,提升雷达性能。双基地MIMO雷达的发射信号和回波信号在空间中以电磁波形式传播,回波信号不仅携带着目标的收发角信息,还包含目标的极化信息。然而传统算法只考虑了回波信号中的目标收发角信息,而没有估计和利用目标的极化信息。同时传统方法中的长矢量模型不仅在表示方法上相对复杂,矩阵维数较大,而且存在无法保证输出各分量之间正交性的问题。利用四元数各分量之间的正交关系,用四元数对雷达模型进行描述,并在四元数域进行目标参数估计,可实现参数估计精度的进一步提高。本文的主要研究工作如下:1、本文对基于双正交电偶极子的双基地MIMO雷达模型加以改进,推导了双基地电磁矢量MIMO雷达的系统模型。相比于改进前的雷达模型,双基地电磁矢量MIMO雷达能够充分接收回波信号中的电场和磁场信息,扩充了信息量。基于本文雷达模型,利用分离耦合参数的思想,给出了一种降维多重信号分类算法(Reduced Dimension Multiple Signal Classification method,RD-MUSIC),在参数自动配对的前提下,可以分步估计目标收发角信息和极化信息,降低运算量,增强了算法的实用性。对于改进前后的两种双基地MIMO雷达模型,利用RD-MUSIC算法进行参数估计的对比实验,实验表明,本文双基地MIMO雷达模型对信息量的扩充提高了RDMUSIC算法的参数估计性能。2、基于本文推导的双基地MIMO雷达模型,为了进一步降低MUSIC算法谱峰搜索的工作量,采用旋转不变估计技术(Estimating Signal Parameters via rotational Invariance Techniques,ESPRIT)设计了旋转切片结构,给出了一种目标收发角度和极化信息联合估计的方法。采用ESPRIT算法针对改进前后两种雷达模型进行参数估计对比实验,实验结果同样说明,基于本文雷达模型,ESPRIT算法得到的参数估计精度更高。3、借助四元数理论,结合电磁矢量传感器结构上的正交性,本文提出了四元数转换矩阵,并推导出双基地电磁矢量MIMO雷达的四元数模型。基于此模型,本文给出了四元数域的降维多重信号分类算法(RD-QMUSIC)。仿真实验表明,在四元数域进行参数估计,可提升算法性能,获得更小的联合均方根误差。4、基于双基地电磁矢量MIMO雷达系统的四元数模型,为降低QMUSIC算法在估计目标收发角度时的运算量,本文给出了四元数域的ESPRIT(QESPRIT)算法,通过设计旋转切片结构,估计得到目标收发角信息。在已知收发角信息的基础上,可利用QMUSIC算法得到目标极化参数的估计值。仿真实验表明,对目标收发角的估计精度而言,QESPRIT算法的估计效果优于复数域ESPRIT算法。
【关键词】：双基地MIMO雷达 电磁矢量传感器 目标参数估计 MUSIC 四元数
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN958
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-14
• 1.2 双基地MIMO雷达目标参数估计的研究现状14-16
• 1.3 存在的主要问题16-17
• 1.4 本文的主要研究内容及章节安排17-19
• 1.4.1 本文的主要研究工作17
• 1.4.2 本文的章节安排17-19
• 第2章 基础知识19-31
• 2.1 矩阵论相关知识19-20
• 2.2 电磁矢量传感器相关知识20-25
• 2.2.1 电磁矢量传感器结构20-21
• 2.2.2 电磁矢量传感器信号接收模型21-25
• 2.3 四元数相关知识25-29
• 2.3.1 四元数理论25-26
• 2.3.2 四元数矩阵理论26-28
• 2.3.3 四元数的正交性分析28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第3章 基于电磁矢量传感器的双基地MIMO雷达目标参数估计31-51
• 3.1 基于电磁矢量传感器的双基地MIMO雷达系统模型31-36
• 3.1.1 MIMO雷达虚拟阵元31-32
• 3.1.2 电磁矢量传感器的简化32-33
• 3.1.3 信号模型33-36
• 3.2 基于RD-MUSIC的目标参数估计36-44
• 3.2.1 基于电磁矢量传感器的双基地MIMO雷达目标参数估计的RD-MUSIC算法36-40
• 3.2.2 仿真实验40-44
• 3.3 基于ESPRIT算法的目标参数估计44-50
• 3.3.1 基于电磁矢量传感器的双基地MIMO雷达目标参数估计的ESPRIT算法44-47
• 3.3.2 仿真实验47-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 基于四元数的电磁矢量传感器双基地MIMO雷达目标参数估计51-67
• 4.1 基于四元数的电磁矢量传感器双基地MIMO雷达的系统模型51-53
• 4.1.1 基于四元数的电磁矢量传感器模型51-52
• 4.1.2 基于电磁矢量传感器的双基地MIMO雷达系统的四元数模型52-53
• 4.2 基于RD-QMUSIC算法的目标参数估计53-61
• 4.2.1 基于电磁矢量传感器的双基地MIMO雷达目标参数估计的RD-QMUSIC算法53-57
• 4.2.2 仿真实验57-61
• 4.3 基于QESPRIT算法的目标参数估计61-65
• 4.3.1 基于电磁矢量传感器的双基地MIMO雷达目标参数估计的QESPRIT算法61-64
• 4.3.2 仿真实验64-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第5章 总结与展望67-71
• 5.1 全文工作总结67-68
• 5.2 工作展望68-71
• 参考文献71-77
• 作者简介及科研成果77-78
• 致谢78

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