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
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文檔簡介
1、多輸入多輸出(MIMO)雷達(dá)是近年來興起的一種新體制雷達(dá),目前已成為雷達(dá)界研究的熱點。與傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)不同的是,MIMO雷達(dá)在發(fā)射端發(fā)射的是一組正交的波形,這種波形的分集能夠在空間形成多個收發(fā)通道,能夠增大系統(tǒng)自由度,提高參數(shù)估計的精度和空間分辨率,增加可估計的最大信源數(shù)等。由于信號檢測與參數(shù)估計是MIMO雷達(dá)信號處理的核心內(nèi)容,本論文的研究工作圍繞MIMO雷達(dá)的信號檢測和參數(shù)估計相關(guān)問題展開,主要研究工作包括以下幾個方面:
2、 1.分析了MIMO雷達(dá)模糊函數(shù)的特性,根據(jù)回波信號模型得到單個接收陣元回波信號的模糊函數(shù),從而推導(dǎo)出相關(guān)MIMO雷達(dá)的模糊函數(shù)。其模糊函數(shù)是距離、多普勒頻率和角度的三維函數(shù),可以清楚的反映相關(guān)MIMO雷達(dá)在距離、多普勒頻率和角度上的分辨特性。對于波形正交的MIMO雷達(dá)來說,距離、多普勒頻率和角度之間沒有耦合。其距離—多普勒分辨特性是各個發(fā)射信號的模糊函數(shù)在距離—多普勒維分辨特性的疊加,角度分辨特性是發(fā)射端角度分辨特性與接收端角度分辨
3、特性的綜合。
2.對各種不同線陣結(jié)構(gòu)下MIMO雷達(dá)能夠獲得的有效虛擬陣元數(shù)進(jìn)行了分析和比較,提出了一種基于陣元利用率的MIMO雷達(dá)陣列結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。該方法能夠利用較少的實際物理陣元數(shù)獲得盡可能多的MIMO雷達(dá)有效虛擬陣元數(shù),同時使虛擬陣列滿足最小冗余陣的要求,從而獲得較高的系統(tǒng)分辨率并對高旁瓣進(jìn)行抑制。在總的實際物理陣元數(shù)相同的條件下,本文算法優(yōu)化出的MIMO雷達(dá)具有與最小冗余MIMO雷達(dá)相近的主瓣寬度和干擾抑制性能,但能
4、夠很好的解決波束柵瓣和高旁瓣問題,獲得更低的主副瓣比。對同等陣元數(shù)條件下該算法優(yōu)化出的MIMO雷達(dá)與最小冗余MIMO雷達(dá)和均勻線陣MIMO雷達(dá)的波束形成性能進(jìn)行了仿真和比較,驗證了理論分析的正確性。
3.對MIMO雷達(dá)的自適應(yīng)脈沖壓縮問題進(jìn)行了研究。首先基于最小均方誤差(MMSE)準(zhǔn)則,提出了一種有效的MIMO雷達(dá)自適應(yīng)脈沖壓縮方法,從每個接收陣元接收到的信號中分別自適應(yīng)地計算每個距離單元的脈沖壓縮濾波器的權(quán)系數(shù)。經(jīng)過多次
5、迭代,直到獲得期望的脈壓性能。該方法能夠抑制信號本身的距離旁瓣,降低信號之間的互相關(guān)電平,使脈壓之后的信號波形更接近理想正交波形匹配濾波之后的信號。為了進(jìn)一步降低MIMO雷達(dá)自適應(yīng)脈沖壓縮濾波器的計算復(fù)雜度,又提出了一種基于多級維納濾波的MIMO雷達(dá)自適應(yīng)脈沖壓縮方法。該方法采用多級維納濾波技術(shù)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行降維,進(jìn)而降低權(quán)系數(shù)求解的計算量。具有與最小均方誤差自適應(yīng)脈沖壓縮方法和廣義旁瓣相消(GSC)自適應(yīng)脈沖壓縮方法相近的脈沖壓縮性能
6、,但其計算復(fù)雜度明顯降低。
4.根據(jù)MIMO雷達(dá)的工作原理和回波模型,首先討論了幾種典型的波達(dá)方向估計方法在MIMO雷達(dá)中的應(yīng)用,然后在陣列最大似然算法的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了MIMO雷達(dá)波達(dá)方向估計的最大似然方法,并給出了波達(dá)方向估計的一致性證明和估計方差的計算公式,理論分析和計算機仿真結(jié)果表明,MIMO雷達(dá)最大似然估計方差比相同接收陣元數(shù)的傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)要小。最后提出了一種基于MIMO雷達(dá)接收數(shù)據(jù)矩陣行列復(fù)用的虛擬空間平滑算法
7、,算法利用MIMO雷達(dá)發(fā)射波形的分集和收發(fā)通道的獨立性以及MIMO雷達(dá)收、發(fā)陣列之間的對偶性,對MIMO雷達(dá)回波數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行了行列復(fù)用以等效地增加樣本數(shù)量,獲得基于發(fā)射陣平滑和基于接收陣平滑的虛擬子陣接收信號,進(jìn)而計算空間平滑之后的協(xié)方差矩陣。與MIMO雷達(dá)接收陣空間平滑算法和虛擬陣列空間平滑算法相比,該算法提高了波達(dá)方向的估計精度。
5.提出了一種低復(fù)雜度的MIMO雷達(dá)信號子空間重構(gòu)方法,該方法利用基于接收陣的數(shù)據(jù)協(xié)方差
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