酉稀疏贝叶斯学习降维MIMO雷达角度估计

针对收发共址多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）雷达的低计算复杂度波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计问题,提出一种降维的MIMO雷达高精度DOA新算法。首先采用经过白化的降维矩阵对MIMO雷达脉冲压缩后的接收信号进行降维;然后通过最优信号子空间拟合对无幅度误差阵列流型下的接收信号矩阵进行重构;接下来通过酉变换得到实值增广数据矩阵,并在实值稀疏字典矩阵下对其进行稀疏表示;接着将DOA估计问题转化为行稀疏矩阵的稀疏恢复问题,通过改进的稀疏贝叶斯学习对其进行求解,实现目标DOA的估计。理论分析和仿真实验结果验证了该方法的有效性和实用性。     

圆形阵列天线方向图的分布函数优化方法

以离散有限长复指数和的计算为基础,讨论了二维阵列的方向图 问题。通过引入分布函数的概念,可知离散有限长复指数和为其分布函数离散傅里叶变换在 1点的值。基于此结论,分析了二维阵天线阵元分布于天线方向图之间的关系：二维阵列任 意方向的方向图为其在该方向分布函数的离散傅里叶变换,该分布函数可通过统计其投影在 该方向的临近区域处阵元数目获得。然后,通过对混合圆形阵列天线方向图的分析,验证了 该关系的正确性,并说明了上述关系在分析阵列方向图的应用。在此基础上,进一步分析了 阵元权重系数对方向的影响,发现该方法与通过改变阵列天线阵元分布的方法等效。最后 ,提出了基于分布函数的圆形阵列方向图优化方法,并通过仿真实验验证了该方法的可 行性。该方法可通过改变圆形阵列阵元沿径向的权重系数使得其对应的任意方向的方向图与 期望的窗函数近似。     

采用非线性最小二乘法实现双频圆形天线阵的方向图综合

研究了20GHz和30GHz双频段圆环阵列天线的方向图综合方法。采用了非线性最小二乘法对影响天线方向图的诸多参数，如单元的幅度和相位、单元间距以及单元在阵中的位置进行优化设计，以使双频段阵列方向图在最小二乘意义上逼近预先给定的理想方向图。仿真结果表明该方法可行、有效。     

K频段斐波那契网格稀疏阵列分析与设计

针对低轨宽带卫星通信网、5G通信网应用中对K/Ka频段多波束有源相控阵天线的需求,对斐波那契网格阵列进行改进,提出一种大规模低旁瓣稀疏阵列的高效设计方法。首先从数学上对斐波那契网格阵列的栅瓣抑制特性进行解释,进而对阵列进行数值计算和全尺寸三维电磁仿真,最后结合实际工程应用给出一种K频段高密度集成有源相控阵多波束天线的阵面及射频芯片的布板方案。这种大间距阵列在大扫描角域和大带宽内具有低副瓣、无栅瓣、高增益等优良特性,非常适用于通信应用中的高密度集成有源相控阵天线。     

集中式MIMO雷达与相控阵雷达干扰抑制性能对比

针对传统相控阵雷达与集中式多输入多输出(MIMO)雷达的干扰抑制性能优劣问题,对集中式MIMO雷达与相控阵雷达的信干噪比和改善因子进行了对比分析,从理论上研究了两种体制雷达的干扰抑制能力并进行了数字仿真。仿真结果表明,与传统相控阵雷达相比,集中式MIMO雷达通过提升信干噪比输出增强了干扰抑制能力。     

一种平面稀疏阵列的快速综合方法

以快速综合出满足期望方向图以及阵元数最少的平面阵列为目标,提出一种基于迭代加权1范数的平面阵列综合方法。该方法将平面稀疏阵列综合问题转化为加权1范数最小化的稀疏信号重构过程,并利用拉格朗日乘数法求解每次迭代中的阵列加权向量的闭式解,由于二维平面的空间采样导致闭式解中存在大规模矩阵的求逆运算,进而引入共轭梯度法以促进算法加速收敛。当满足迭代终止条件时,由加权向量的非零值确定平面阵列的阵元位置及其激励。仿真结果表明,该方法能有效提高平面稀疏阵列综合的收敛速度。     

一种基于四相编码和优化阵列的MIMO STAP实现方法

多输入多输出（MIMO）雷达多信号间正交性和天线阵列结构影响空时自适应处理(STAP)性能。为了提高多信号间正交性,提出了基于遗传算法优化提高四相编码的自相关峰值并降低互相关峰值方法,保证了多发射信号间良好正交性,基本抑制了盲速影响。针对天线阵列稀疏导致盲速、阵元密布导致天线孔径过小的问题,基于最大连续孔径思想,提出了一种优化阵列结构,在不显著增加天线阵列长度和阵元数目条件下,与四相编码信号结合,实现了动目标检测。仿真实验证明,基于四相编码正交信号和收发阵列设计,MIMO STAP可实现良好动目标检测性能。     

基于截断修正平滑l0范数的MIMO雷达目标参数估计

在多输入多输出(MIMO)雷达中，针对平滑l0范数(SL0)因感知矩阵的病态性而导致其失效的问题，提出了一种基于截断修正SL0的MIMO雷达目标参数估计方法。该方法在对MIMO雷达感知矩阵进行截断奇异值分解(TSVD)处理的基础上，将保留的奇异值以均值为截断门限，分成较大和较小的两部分，分别采用不同的修正准则进行修正；然后经奇异值分解(SVD)反变换获得非病态感知矩阵，利用该非病态感知矩阵通过SL0算法对MIMO雷达目标参数进行估计，从而显著提高了MIMO雷达目标参数估计的精度和速度。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于协方差矩阵重构的阵元失效MIMO雷达DOA估计

在实际应用中由于恶劣环境或人为干扰等因素而导致多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达部分阵元失效,使得其接收数据缺失及其协方差矩阵秩亏,从而导致子空间类算法的波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计性能恶化甚至完全失效。针对上述问题,提出了一种接收阵元失效下基于协方差矩阵重构的MIMO雷达DOA估计方法。该方法根据MIMO雷达协方差矩阵中以接收阵元数划分的子方块矩阵具有Toeplitz特性,利用正常工作接收阵元的协方差矩阵元素来恢复相应的缺失元素,从而重构出完整的数据协方差矩阵,提高阵元失效MIMO雷达的DOA估计性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

统计MIMO雷达的多目标定位和速度估计方法

在多目标情况下,统计多输入多输出（MIMO）雷达需要对不同观测通道中估计出的目标参数 进行配对,才能完成多个目标定位及其速度估计 。针对这一问题,对统计MIMO雷达提出了一种映射搜索配对法来实现在不同观测通道中的目 标距离延时和多普勒频率估计值的配对,从而获得目标位置及其速度估计值。仿真结果表明 ,该方法在目标雷达散射截面（RCS）闪烁情况下能对多个目标进行有效定位和速度估计。     

迭代投影的平顶方向图综合算法

针对现有的平顶波束综合形成算法计算量较大的问题，提出了一种迭代求解平顶波束的快速形成算法。该算法首先设置方向图参数、迭代条件，然后利用方向图与阵元加权系数的变换关系设计投影算法并通过二阶差分运算确定过渡带，最后结合蝶形计算方法快速迭代逼近理想的平顶方向图。实验结果表明，该算法相比凸优化算法运算效率较高，并且可修复阵元失效后的平顶方向图。算法运算次数随着副瓣阈值、主瓣宽度和零陷深度等参数的变化而变化。     

基于一维距离像稀疏表达的无源假目标识别

为了解决敌方释放箔条干扰我方防空反击任务或者敌方舰船设置角反射器阵列干扰我方对海目标打击任务中的雷达抗干扰问题，提出了一种基于雷达一维距离像的稀疏表达的无源假目标识别的方法。首先，分别利用大量关注目标和无源欺骗干扰的雷达一维距离像数据进行稀疏字典学习，分别得到目标和干扰的稀疏字典；然后利用两种稀疏字典分别对未知的雷达一维距离像信号进行稀疏表达；最后分别计算两种稀疏字典对未知信号稀疏表达的重构误差，利用重构误差比值识别目标和干扰类别。仿真结果表明，在目标与无源假目标干扰的回波不混叠、目标与干扰噪声比3 dB条件下，识别无源假目标欺骗干扰的准确率超过90%，证明了该方法抗无源假目标干扰的有效性。     

高斯白噪声下L阵二维波达方向快速估计

针对L型阵列,提出一种在高斯白噪声环境下的二维波达方向(DOA)快速估计方法。首先利用阵列结构特点构建两个互协方差矩阵,同时实现了噪声分量的有效抑制,再依据协方差矩阵的性质构造了波达方向矩阵。对该矩阵进行一次特征分解即可分别得到包含方位角和俯仰角信息的方向矢量和方向元素,实现二维DOA估计。该算法避免了传统算法的谱峰搜索或大矩阵构造及其特征分解过程,计算量小,且参数自动配对。仿真结果表明,该算法在低性噪比和少快拍下的估计精度与2D ESPRIT算法近似,但计算复杂度大幅降低,适用于实时性高的工程应用背景。     

平面稀疏阵列天线的约束优化设计

针对有阵元数和阵列口径约束的矩形平面稀疏阵天线的综合问题,提出了一种基于整数编码的差分进化算法。该方法以每个阵元的栅格位置编号作为设计变量,使阵列的稀疏率满足约束条件,避免了优化过程中的不可行解,还减少了优化变量的个数。为了加速优化过程,采用快速傅里叶变化计算阵列的方向图。以改善阵列峰值副瓣电平为目的进行仿真试验,结果表明：优化后的稀疏天线阵峰值旁瓣电平比现有方法相比改善了1.2~1.7 dB,且具有收敛性和稳定性好的优点。     

契比雪夫加权应用被动合成孔径处理算法研究

提出了将契比雪夫加权应用于被动合成孔径处理算法。被动合成孔径技术对小孔径 基阵沿直线运动接收到的信号进行合成处理，从而达到虚拟大孔径基阵方位分辨力效果。将 契比雪夫加权应用于线阵合成孔径前后波束图的指向性研究，对主瓣宽度变化予以合理解释 。理论分析结合仿真验证表明，被动合成孔径处理算法应用契比雪夫加权可以在给定的旁瓣 高 度要求下获得等旁瓣级，等旁瓣级下可提高对弱目标信号的检测分辨能力。     

基于Kronecker法的MIMO信道模拟及硬件实现

针对多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）无线通信系统,在基于Kronecker 的MIMO信道模型中综合考虑了路径损耗、阴影衰落和多径衰落等因素,实现了基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的MIMO信道模拟器,并分析了硬件设计方案以及MIMO信道模拟的实现方法。实测结果表明,设计的MIMO信道模拟器可以模拟瑞利衰落、莱斯衰落以及阴影衰落等常见的信道衰落类型,能够应用于3GPP、COST-207等标准信道模型的复现。该模拟器可作为无线通信系统研究的测试设备,辅助通信系统研究的算法验证、方案优化以及性能分析。     

基于压缩感知DOA估计的稀疏阵列设计

根据格拉姆(Gram)矩阵优化测量矩阵的方法，给出了一种基于压缩感知波达方向（DOA）估计的均匀线阵的稀疏阵列设计方法。该方法不需要对阵列的输出数据进行压缩采样，直接利用稀疏阵列的输出数据，然后利用稀疏恢复算法求解DOA估计信息。实验仿真证明，相比于原均匀线阵，所提方法在阵元数目较少且信噪比较低的情况下具有更好的DOA估计性能。