基于随机矩阵理论和改进mdl准则的mimo雷达目标数检测方法研究

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1、基于随机矩阵理论和改进MDL准则的MIMO雷达目标数检测方法研究第1章绪论1.1研究背景MIMO雷达，即多输入多输出雷达，由于其弥补传统雷达体制的不足，在目标检测、识别与定位等方面具有较大优势[6]，其相关的研究内容一直是国内外学者的热点研究对象。近年来，针对MIMO雷达，国内外众多学者在多目标参数估计、多目标定位等方面展开广泛的研究，已提出一系列方法，然而，这些方法实现的先决条件是需要在噪声环境下事先确定目标的个数，因此，目标数检测是MIMO雷达信号处理领域的重要内容之一。通常，MIMO雷达目标数检测可以借鉴传统的信源数估计方法。然而，这些方法所依赖的前提条件是发射和

2、接收阵元数较小，而快拍数较大，此时样本协方差矩阵可以代替统计协方差矩阵进行计算。然而，当快拍数有限、而阵元数较大，两者达到同一数量级时，样本协方差矩阵将不再能代替统计协方差矩阵，导致传统的算法不再适用。最小描述长度（MinimumDescriptionLength，MDL）准则是一种基于信息论的传统信源数估计方法，是在1978年由RissanenJ提出的，之后又出现很多改进算法，目前比较实用的是一种DL算法，是由，KailathT于1985年提出的。由于MDL准则在目标数估计上具有估计一致性、无需判决门限和计算量小等优势，在现代信号处理中得到广泛的应用。本文采用双基地M

3、IMO雷达信号模型，在传统基于MDL准则的方法基础上进行改进。考虑到MIMO雷达的大阵列化发展趋势，基于随机矩阵理论（RandomMatrixTheory，RMT）和改进的MDL准则对MIMO雷达的目标数检测方法进行深入研究，以解决MDL方法由于快拍数较少、与阵元数相接近而导致检测性能下降的问题。..........1.2国内外研究现状随着MIMO的概念在通信领域的广泛应用，Fishler[13-16]在2004年将MIMO技术[17-21]引入雷达信号处理中，拓展MIMO雷达的定义，弥补传统雷达体制的不足，进而吸引大量学者进行研究。MIMO雷达以其发射信号的多样性，提

4、高雷达系统性能，并利用空间分集和虚拟孔径技术，形成较大的虚拟孔径，提高雷达系统性能。国内外学者在MIMO雷达单目标检测算法上进行一系列研究，如：奈曼-皮尔逊准则和广义似然比（GLRT）等非盲检测方法。文献[22]指出利用分布式MIMO雷达的优势，并给出一种自适应MIMO雷达动目标检测器；文献[23]提出了一种高斯有色噪声下的统计MIMO雷达目标检测仿真方法，利用矩阵求逆引理得到具体目标模型条件下目标检测的充分统计量，然后利用特征值和特征函数推导出统计MIMO雷达目标检测的仿真方法。阵列信号处理中的传统信源数估计多采用基于信息论的方法，是在Anderson和Rissane

5、n提出的理论基础上发展起来的，如AIC（AkaikeInformationCriterion.信息论准则）[24]、MDL（MinimumDescriptionLength，最小描述长度）准则[25]及有效检测准则（EDC准则）[26][27]等方法。最近国内外学者提出一些针对传统MDL准则的改进方法，主要有：文献[28]提出一种循环MDL算法，但是比传统算法有着更高的运算复杂度。文献[29]通过开发有序特征值的性能而提出一种提高目标数检测能力的MDL改进准则。考虑样本数匮乏环境，最近文献[30]提出利用LinearShrinkage技术对噪声子空间进行优化，从而改进M

6、DL准则，实现信源数估计。............第2章基础知识2.1信源数估计阵列信号处理中的大部分算法都要事先知道信号源的数目。然而，在现实环境条件下，信号源数往往是未知的，需要事先估计出信号源数或将其假定为已知，然后再去进行估计。对于信号矩阵，求出其协方差矩阵，通过比较特征值的大小，可以知道大特征值数等于信号源数，而其他较小的特征值都是相同的，它们的值等于噪声功率。利用这一结论可以估计信源数，也就是求信号协方差矩阵，从而通过判断得到信源数。这种方法看似有效，但在实际中，很少能用这种方法得到信源数，因为在实际过程中会有多方面的限制，如信噪比、快拍数等。这样就不能有效

7、区分信号和噪声各自对应的特征值。针对这一问题，很多学者提出如信息论方法、盖氏圆方法等许多有效的方法以及其改进算法[45-56]。.........2.2信息论方法信息论是由Kailath.T和两位学者提出来的，有基于信息论的AIC准则、MDL准则、有效检测（EDC）准则等，以上这些准则都是基于RissaneJ和AndersonT.IMO雷达采用MIMO技术，除了提高阵列增益和分集增益，由于MIMO信道的空间多集性，导致系统的吞吐量的增加。虽然说MIMO系统需要在空间多路和分集增益两方面进行折中，但是系统的吞吐量相较传统雷达，增大还是比较显