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频率分集阵列MIMO雷达目标参数估计方法研究

陈娟娟  
【摘要】:频率分集阵列(frequency diversity array,简称FDA)是一个等距线型阵列,与普通阵列的差异表现在,频率分集阵列在各发射天线阵元之间引入了一个远小于发射载波频率的频率偏移量,从而产生距离-角度依赖的波形。对比于传统的相控阵雷达,频率分集阵列在发射端额外加入了距离维自由度。频率分集阵列雷达借用MIMO体制将发射端的距离自由度虚拟到接收端,从而形成了联合接收-发射的虚拟导向矢量,对联合估计目标的方位角信息和距离信息提供了条件。但是,想通过传统频率分集阵列雷达的波束直接获得目标的位置信息甚至是无模糊的距离信息存在相当的难度。本文基于频率分集阵列雷达展开了一系列的工作:1、分析了FDA雷达波束方向图的周期及距离-角度耦合特性。同时介绍了两种接收信号处理方法:第一种是单一频率信号接收处理,该机制的接收天线阵元只接收自身发射的同频率信号;第二种是全部频率信号接收处理,该机制的接收天线阵元接收所有发射天线阵元所发射的信号。同时,针对波束耦合特性,给出了解方向图耦合的方法:设计非线性递增的频率偏移量,期望形成非连续的方向图。本文对采用第二种接收机制的传统频率分集阵列MIMO雷达研究了基于波束扫描和脉冲压缩的目标参数估计方法,并对其性能进行了验证,同时引出了距离向模糊的问题。2、研究了基于非线性频率偏移量的FDA-MIMO雷达目标空间定位方法。基于非线性频率偏移量的FDA-MIMO雷达,展开了对传统MUSIC方法,降维MUSIC方法以及双脉冲MUSIC方法的研究,以期在距离-角度二维观测区域波束能够形成唯一的峰值以及实现对多个目标的超分辨,同时避免当干扰位于任一波束峰值处时,干扰会被当做目标,从而引起信杂噪比的损失。实验仿真结果很好的验证了本文的结论。


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