基于稀疏嵌套阵的MIMO雷达阵形设计与DOA估计

摘要

多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达是在近几年发展起来的一种新的雷达体制。与传统雷达相比，它具有许多独特的优点，如突破阵元间距不能大于半波长的限制、提高角度分辨率、提高系统自由度、增强干扰和杂波抑制能力等，因此，MIMO雷达逐渐成为了国内外研究的热点，成为了下一代雷达的主要发展方向之一。
　　共址相参MIMO雷达是MIMO雷达主要的类别之一，早期的共址相参MIMO雷达的天线阵列一般采用均匀布阵，分辨率低且价格昂贵。为了提高分辨率和降低天线阵列成本，MIMO雷达开始逐渐采用稀疏布阵的天线阵列，即稀疏阵。本文主要以一种新的稀疏阵——嵌套阵为基础，围绕基于嵌套阵的MIMO雷达阵形设计和波达方向角（Direction Of Arrival，DOA）估计等展开研究，主要内容如下：
　　讲述了稀疏阵在阵列天线中的发展和 MIMO雷达的种类及其关键技术，介绍了MIMO雷达的基本模型，包括虚拟阵列原理，发射波形设计和共址相参MIMO的信号模型。
　　介绍了稀疏阵的基本概念与原理，阐述了两种不同的稀疏阵——早期的最小冗余阵列和新型的嵌套阵列的原理。在采用二阶嵌套阵对目标进行DOA估计时，得出前后向空间平滑算法并不能增加二阶嵌套阵的自由度的结论，并对其进行了理论分析。
　　在采用最优嵌套阵进行 DOA估计时，发现一般情况下，目前两种主流的DOA估计插值算法无法利用最优嵌套阵对目标进行DOA估计，并从插值算法的原理上对其进行了分析。
　　利用前向空间平滑方法分别在采用二阶嵌套阵与最小冗余阵列的两种情况下对目标进行了DOA估计，得出结论：虽然二阶嵌套阵列能够得到自由度稍微比最小冗余阵列小，但它能够解决最小冗余阵列阵形设计需要大量搜索的问题，从而节约了大量的计算资源与计算时间。
　　在嵌套阵的基础上，给出了一种 MIMO雷达的优化阵形设计方法和一种改进的DOA估计算法，并分别对其进行了仿真。仿真结果表明：（1）与早期的MIMO雷达相比，本文所述的嵌套阵MIMO雷达可以有效增加自由度，并解决了早期MIMO雷达中具有的欠定DOA估计问题（2）本文所述的稀疏阵DOA估计改进算法具有较高的空间分辨率且能有效解决结果中存在的伪峰问题，与早期提出的其他算法相比，本文给出的算法具有更好的角度估计性能。

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第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 研究现状与发展

1.3 论文主要工作及论文结构

第二章 MIMO雷达基本原理

2.1引言

2.2 MIMO雷达空间全覆盖特性

2.3 MIMO雷达基本模型

2.4本章小结

第三章 稀疏阵列

3.1引言

3.2稀疏阵列概念

3.3最小冗余阵列

3.4嵌套阵列

3.5基于空间平滑的DOA估计

3.6嵌套阵列与最小冗余阵列的仿真与比较

3.7本章小结

第四章 嵌套阵MIMO雷达

4.1基于嵌套阵列的MIMO雷达阵形设计

4.2基于嵌套MIMO雷达的稀疏DOA估计算法

4.3仿真与分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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