分布式陣列雷達角度估計及解模糊算法研究.pdf

1、分布式陣列(DSA)雷達作為近年來學術界提出的一種新體制雷達，因具有常規(guī)陣列雷達所不具備的優(yōu)勢，受到雷達界的廣泛關注。分布式陣列雷達是由多個分散布置的小孔徑子陣列雷達組成。與常規(guī)陣列雷達相比，分布式陣列雷達能夠擴大陣列的物理孔徑，提高角度估計性能，并且增強系統(tǒng)的機動性和戰(zhàn)場生存能力。但是分布式陣列的子陣間距遠大于半波長，不滿足空域奈奎斯特采樣定理，角度估計時會出現測角模糊。針對上述問題，本文圍繞分布式陣列雷達的角度估計及解模糊算法展開研

2、究，主要內容如下:
　　1.介紹了分布式陣列角度估計所涉及的一些基本知識。首先建立了分布式陣列的信號模型，這是本文工作的理論基礎。然后根據分布式陣列的結構特點，推導了分布式陣列方向圖的數學表達式。以陣列方向圖為基礎，重點研究了分布式陣列的波束寬度和柵瓣特性，并且通過仿真實驗分析了柵瓣對角度估計性能的影響。最后，針對由柵瓣引起的測角模糊問題，介紹了一種普遍應用于分布式陣列角度估計領域的雙尺度旋轉不變子空間(ESPRIT)算法，并給出

3、了分布式陣列門限效應的基本概念。通過仿真結果比較了分布式陣列與常規(guī)陣列在角度估計性能方面的優(yōu)劣性。
　　2.研究了分布式陣列角度估計性能的分析方法。首先根據分布式陣列的結構特點，推導了其相參和非相參克拉美羅界(CRB)。其次，針對雙尺度ESPRIT算法，將均勻線陣ESPRIT算法的角度估計性能分析方法推廣至分布式陣列，給出了雙尺度ESPRIT算法的角度估計性能分析方法，并通過計算機仿真驗證其有效性。為了分析分布式陣列的門限效應，將

4、最大后驗概率(MAP)估計分別與上述兩種性能分析方法相結合，提出了基于MAP估計的分布式陣列角度估計性能分析方法，并對分布式陣列的信噪比(SNR)門限和基線長度門限進行了近似計算。計算機仿真結果證明了所提方法的有效性。
　　3.研究了分布式陣列雷達的高精度角度估計方法。為了減小SNR門限和基線長度門限對分布式陣列角度估計性能的影響，以雙尺度ESPRIT算法為基礎，提出了三種分布式陣列高精度角度估計方法。首先從對子陣陣元選取進行優(yōu)化

5、的角度出發(fā)，提出了一種基于最優(yōu)子陣劃分的分布式陣列高精度角度估計方法。該方法通過對分布式陣列的子陣陣元進行最優(yōu)劃分，提高了解模糊時參考估計的精度，減小了門限效應對分布式陣列角度估計性能的影響。然后從調整分布式陣列結構的角度出發(fā)，提出了基于輔助子陣的分布式陣列高精度角度估計方法。該方法在陣列的兩個子陣間添加了一個與子陣結構完全相同的輔助子陣，利用新陣列子陣間的平移不變關系，并結合多步解模糊方法得到高精度無模糊的角度估計。最后，針對雷達載體

6、平臺面積較小時，角度估計性能較差的問題，提出了多基線分布式陣列的高精度角度估計方法。該方法可以在子陣陣元數受載體平臺面積的限制時，實現無模糊高精度的角度估計。此外，利用MAP法對上述所提算法的角度估計性能進行了分析，并給出了SNR門限和基線長度門限的近似計算方法。計算機仿真結果證明了所提算法的有效性。
　　4.研究了雙基地分布式陣列MIMO雷達的高精度角度估計方法。鑒于雙基地MIMO雷達在角度估計方面的優(yōu)點，研究了分布式陣列在雙基

7、地MIMO雷達中的應用，并提出了相應的角度估計方法。首先，提出了一種雙基地稀疏陣MIMO雷達的距離信息解模糊方法，該方法在解角度模糊時，創(chuàng)新性地利用了目標的距離信息和雙基地雷達的幾何關系，可以得到高精度無模糊的角度估計。然后利用這種算法的解模糊思想和自動配對ESPRIT算法原理，對雙尺度ESPRIT算法進行了改進，提出了一種基于目標距離信息解模糊的雙尺度自動配對ESPRIT算法，并根據所提算法估計誤差的概率統(tǒng)計特性進行角度估計性能分析，