集中式MIMO雷达阵列配置与参数估计研究

发布时间：2020-01-17 08:26

【摘要】：多输入多输出雷达(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)能够运用空间分集和波形分集技术获得更大的系统自由度,从而提高目标探测能力和参数估计性能,已成为雷达领域的研究热点。集中式MIMO雷达作为MIMO雷达的一种,具有小的阵元间距,发射端发射正交波形,接收端利用匹配滤波器分离出相对于各发射通道的信号,能够形成大的虚拟阵列孔径,增加了系统自由度,因此具有更好的参数估计性能。本文研究了集中式MIMO雷达中的阵列配置与参数估计问题,主要研究工作如下:(1)研究了基于非均匀线性阵列(Non-uniform Linear Array,NLA)配置的MIMO雷达的参数估计问题。提出了一种利用最小冗余线性阵列(Minimum Redundancy Linear Array,MRLA)对MIMO雷达进行阵列结构设计与优化的方法,与具有相同阵元数目的均匀线阵相比,该方法能够增加MIMO雷达系统的虚拟阵元个数,扩大虚拟阵列孔径,使MIMO雷达的参数估计性能和可识别目标数均获得提升。针对阵元数增大时获得MRLA存在的运算量大的问题,给出了一种当阵元数较大时MRLA的设计方法,该方法无需穷举搜索,运算复杂度低,获得的冗余线性阵列具有较低的冗余度。(2)研究了基于压缩感知(Compressive Sensing,CS)技术的MIMO雷达参数重构问题。针对高斯测量矩阵硬件实现困难和难以在线优化的不足,提出了基于混沌随机滤波器结构的测量矩阵设计方法,该方法利用了混沌非线性系统的内在确定性和外在随机性,用混沌序列设计滤波器系数,完成对雷达回波的压缩观测。与高斯测量矩阵相比,该方法易于实现波达角(Directional Of Arrival,DOA)重构性能的在线优化。针对一维混沌序列构造二维测量矩阵时存在的随机性损失问题,提出了基于二维时空混沌的测量矩阵设计与优化算法,该算法利用时空混沌信号生成测量矩阵,能够进一步降低感知矩阵的互相关性,便于实现实时优化,提高DOA估计精度。为了进一步降低雷达回波在压缩空间的互相关性,给出了一种基于奇异值分解的测量矩阵优化算法,该算法收敛速度快,能根据系统参数和任务信息优化测量矩阵,减小DOA估计误差,提升场景恢复精度。(3)研究了基于稀疏随机阵列配置的CS-MIMO雷达的压缩观测与参数重构问题。提出了一种利用阵元位置的随机性实现雷达回波压缩观测的方法,该方法的阵列结构设计为满足某种概率分布的稀疏随机阵列,阵列的发射与接收导引矢量的kronecker积能够起到压缩观测的作用。建立了所构造的感知矩阵的归一化互相关系数、Gram矩阵以及阵列方向图之间的内在联系,并证明了当随机阵元位置满足均匀分布时所构造的感知矩阵满足压缩感知重构条件。与满阵配置的CS-MIMO雷达相比,利用相同数量的收发阵元,所提出的方法具有更大的阵列孔径和更优的参数重构性能。并且,由于减少了所需阵元个数,且无需另外引入随机测量矩阵,算法运算量和雷达系统复杂度得到降低。(4)研究了圆阵(Circular Array,CA)和L阵两种平面阵配置方式下MIMO雷达的多参数联合估计问题。在圆阵MIMO雷达中,采用多重信号分类法(Multiple Signal Classification,MUSIC)和Capon算法实现二维DOA估计,并重点推导了圆阵MIMO雷达角度估计的克拉美·罗界(Cramer-Rao Bound,CRB)。在L阵MIMO雷达中,给出了基于多级维纳滤波的旋转不变性参数估计(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Technology,ESPRIT)算法,该算法能够实现对目标二维角度和多普勒频率的联合估计,与常规的基于特征分解的ESPRIT算法相比,该算法的运算量较小。
【图文】：

图 1.1 本文研究内容结构简图本文七个章节安排如下：第一章：主要介绍 MIMO 雷达的研究背景、研究意义以及国内外研究现状。介绍本论文的主要研究内容和章节安排。

图 2.1 单基地 MIMO 雷达模型如图 2.1 所示，单基地 MIMO 雷达的发射阵列和接收阵列相距很近或是同一阵列，其离向和波达方向认为是相同的。目标处于远场，且为点目标，因此可认为窄带信号到达各阵波为平行波。考虑一个单基地 MIMO 雷达系统，由M 个发射天线和N个接收天线构成，，收发阵列均为均
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN958

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 田泽荣;计算一类数字变换的收缩阵列[J];计算机工程与科学;1991年04期

2 郑启伦;对称开关逻辑的三值胞腔阵列[J];电子学通讯;1980年04期

3 DharmaP.Agrawal;林定基;;高速算术运算阵列[J];电子计算机动态;1981年08期

4 何国;;高速计算与小粒度数据流阵列[J];计算机研究与发展;1986年05期

5 郑启伦,伍国荣;三维阵列细胞结构图的性质及其定理[J];计算机学报;1980年02期

6 潘明,姜希莉;三维三值树型细胞结构的通用逻辑阵列[J];电子学报;1983年04期

7 冯丹,张江陵;构造高可靠性盘阵列结构的研究[J];计算机工程与科学;1996年03期

8 林勇;罗文坚;钱海;王煦法;;n×n阵列胚胎电子系统应用中的优化设计问题分析[J];中国科学技术大学学报;2007年02期

9 艾水;;阵列天线结构[J];电子机械工程;1993年05期

10 陈善继;张锐戈;吴国庆;陈超;马英;王涛;;极化敏感阵列及其应用研究[J];现代电子技术;2009年05期

相关会议论文 前9条

1 马玉荣;;一维方解石单晶微纳阵列结构的可控合成[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第05分会：无机化学[C];2014年

2 魏文博;葛广路;;金纳米棒垂直阵列的制备、表征与应用[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会：纳米材料合成与组装[C];2014年

3 叶小舟;齐利民;;硫化锌纳米碗阵列的制备及其在传感方面的应用[A];中国化学会第28届学术年会第12分会场摘要集[C];2012年

4 蔡金光;齐利民;;基于二氧化钛纳米棒阵列结构的自清洁宽波段全方向减反射涂层[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

5 李宏俊;陈展鹄;李丽玲;;LED阵列失效特性分析及探讨[A];海峡两岸第九届照明科技与营销研讨会专题报告文集[C];2002年

6 毋芳芳;马小健;冯金奎;钱逸泰;熊胜林;;三维Co_3O_4和CoO@C墙阵列形貌控制,形成机理以及锂电性能的研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会：纳米材料合成与组装[C];2014年

7 魏志祥;李梅;黄际勇;;导电聚合物纳米结构阵列的制备和性能研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2007年

8 俞国军;王森;巩金龙;曹建清;朱德彰;;低能离子束辅助大面积制备纳米点阵列[A];2006全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2006年

9 钟留彪;张军昌;江林;;多功能化等离子体念珠结构的构筑[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会：纳米材料合成与组装[C];2014年

相关博士学位论文 前10条

1 果然;基于中小孔径阵列的超分辨测向算法[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 姜家财;基于成对阵列的多信号检测与测向算法研究[D];电子科技大学;2015年

3 曹佳;端射天线阵列机理与应用研究[D];北京理工大学;2015年

4 杨京;时间调制阵列理论与共形阵列技术研究[D];西安电子科技大学;2015年

5 代宇;忆阻器及其交叉阵列在数据存取和图像识别中的应用研究[D];重庆大学;2015年

6 柏艳飞;波导阵列中光学模拟与量子行走的研究[D];南京大学;2015年

7 门丹丹;高衍射强度二维有序阵列/水凝胶复合体系及可视化传感研究[D];中国科学技术大学;2016年

8 周玉聪;新型三反射镜准光腔及孔阵列结构太赫兹辐射源的基础研究[D];电子科技大学;2016年

9 张颖朦;基于金属基底制备过渡金属氧化物微纳多级结构阵列及储锂性能研究[D];合肥工业大学;2016年

10 张冠华;多级阵列结构与类固溶复合体系的构筑及电化学储能研究[D];湖南大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 欧阳威信;半导体纳米棒阵列的制备及其光电性能的测试[D];华南理工大学;2015年

2 李淑彬;基于ZnO纳米棒阵列的紫外光响应性能研究[D];天津理工大学;2015年

3 胡晓晓;金属氧化物/二氧化钛纳米管阵列复合材料制备及其锂电性能研究[D];昆明理工大学;2015年

4 丁江放;耦合微悬臂阵列集体振动模的光学囚禁及冷却[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2015年

5 贾小亚;镍和氧化镍有序孔阵列的构筑及其性能研究[D];西南大学;2015年

6 彭桃;基于遗传算法的超声稀疏阵列成像方法研究[D];西南交通大学;2015年

7 楚东月;复合静电吸附阵列的吸附性能研究及应用[D];郑州轻工业学院;2015年

8 凌雪燕;多切口金纳米圆环阵列光学特性研究[D];陕西师范大学;2015年

9 李鑫;基于MOS电阻阵列的红外场景仿真系统驱动技术研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2015年

10 张俊波;基于实测数据的阵列校正与测向研究[D];电子科技大学;2015年

本文编号：2570541