mimo雷达的目标检测与波达方向估计研究

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1、南京理工大学博士学位论文MIMO雷达的目标检测与波达方向估计研究姓名：江胜利申请学位级别：博士专业：通信与信息系统指导教师：刘中20081201博{：论文MIMO雷达的目标检测1j波达方向估计研究摘要近年来，随着雷达和多输入多输,W,(Multi．inputmulti．output，MIMO)通信技术的快速发展，雷达与MIMO通信交融建立起来的MIM0雷达受到人们的广泛关注。目前的MIMO雷达研究主要集中在统计MIMO雷达(StatisticalMIMO，SMIMO)和相干MIMO雷达(ColocatedMIMO，CMI

2、MO)这两种不同形式的MIMO系统：SMIMO雷达收发单元间距足够大，以此获得空间分集提高雷达性能；CMIMO雷达则是在传统相控阵雷达的基础上引入发射波形分集的思想，通过形成虚拟孔径提高雷达性能。与传统雷达相比，MIMO雷达在目标检测、参数估计、机动目标跟踪、以及目标识别与分类等应用领域都具有显著的性能优势。本文根据MIMO雷达的研究进展，在前人工作的基础上，主要对MIMO雷达的目标检测和波达方向(DirectionofArrival，DOA)估计几个问题进行了研究和探讨。在目标检测方面，研究了机载SMIMO雷达在未知统

3、计特性干扰(由空时二维杂波和热噪声构成)背景下，基于自适应匹配滤波(AdaptiveMatchedFilter,AMF)和基于图像特征的目标检测技术，并探讨了空间分集特性对检测性能的改善。在DOA估计方面，首先研究了两类MIMO雷达在对称Q稳定(Symmetric口一Stable，SaS)冲击杂波背景下的DOA估计算法，并探讨了SMIMO雷达的空间分集特性和CMIMO雷达的虚拟孔径特性对各自DOA估计性能的改善；然后研究了CMIMO雷达对相干分布式目标(Coherentlydistributedtargets，CDT)D

4、OA估计的克拉美．罗下限(Cramer-Raobounds，Ced3)。本文的主要工作和贡献总结如下：l基于AMF的机载SMIMO雷达目标检测技术(1)针对机载SMIMO雷达在未知统计特性的空时二维干扰中目标检测问题，本文将单基地雷达的AMF检测器推广到机载SMIMO雷达。首先研究了SMIMO．AMF检测器，推导出其检测概率和虚警概率的闭合表达式。然后，基于机载SMIMO雷达干扰协方差矩阵的块对角特性，推导出一种简化SMIMO．AMF检测器，大大减小算法的复杂度：并在两个接收通道的情形下，推导出简化SMIMO．AMF检测

5、器检测概率和虚警概率的表达式。研究结果表明，SMIMO-AMF．检测器和简化SMIMO—AMF检测器相对于干扰协方差矩阵都具有恒虚警特性，并且这两种检测器能够利用SMIMO雷达的空间分集特性，在未知统计特性的空时干扰背景下有效检测目标。(2)SMIMO．AMF检测器和简化SMIMO-AMF检测器都需要对干扰协方差矩阵估计值求逆，在独立同分布(IndependentandIdenticallyDistributed，IID)参考单元数据不足时会引起估计协方差矩阵的病态，从而使检测性能急剧下降。针对该问题，本文将对角加载技术

6、应用到SMIMO．AMF检测器和简化SMIMO．AMF检测器中，研究了相应的对角加载检I测器(SMIMO．LAMF检测器和简化SMIMO．LAMF检测器)，并对摘要博十论文它们的检测性能进行了理论分析。研究结果表明，SMIMO．LAMF检测器和简化SMIMO．LAMF检测器利用对角加载技术有效改善了估计协方差矩阵的数值特性，从而解决了因参考数据不足所引起的矩阵病态问题；同时这两种检测器相对于干扰协方差矩阵都具有恒虚警特性，并且能利用空间分集改善目标检测性能。2基于图像特征的机载SMIMO雷达目标检测技术对角加载技术能够改

7、善干扰协方差矩阵估计值的数值特性，从而提高SMIMO—AMF和简化SMIMO．AMF检测器的鲁棒性。然而，对角加载技术并不能从本质上减小干扰协方差矩阵估计所需liD参考单元的数量。本文将基于图像特征的空时处理技术(ImageFeatureSpace．TimeProcessing，IFSTP)推广到机载SMIMO雷达中，研究了一种新的基于图像特征的SMIMO雷达检测器(SMIMO．IFSTP)。该检测器能有效利用机载SMIMO雷达的空间分集减小目标RCS起伏特性和小径向速度对检测性能的影响，并基于目标信号与干扰信号之间不同

8、的图像特征，无需估计干扰协方差矩阵即可有效检测地面动目标。3SaS冲击杂波下两类MIMO雷达的DOA估计算法近年来，大量实验数据表明雷达接收到的杂波信号具有一定的冲击性，适用于SaS分布过程来表示。由于SaS冲击杂波不存在二阶及以上矩，因此传统基于二阶及以上统计量的DOA估计算法不能直接用于SaS冲击杂波下MIMO雷