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基于ESPRIT算法的十字型阵列MIMO雷达降维DOA估计梁浩;崔琛;余剑【摘要】该文针对十字型阵列配置下的单基地MIMO雷达2维空间角度估计问题,提出一种基于ESPRIT算法的降维DOA估计算法.算法通过降维矩阵的设计及回波数据的降维变换,将高维回波数据转换至低维信号空间,最大程度地去除了所有的冗余数据;利用矩阵的酉变换进行实数域信号子空间的估计,并基于ESPRIT算法实现2维空间角度的联合估计及参数的自动配对.算法不牺牲阵列孔径,在获取信噪比增益和快拍增益的同时,有效降低了回波数据的维数,具有更低的运算复杂度.仿真结果验证了理论分析的正确性和算法的有效性.【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2016(038)001【总页数】10页(P80-89)【关键词】MIMO雷达;十字型阵列;降维ESPRIT;酉变换【作者】梁浩;崔琛;余剑【作者单位】合肥电子工程学院401室合肥230037;合肥电子工程学院401室合肥230037;合肥电子工程学院401室合肥230037【正文语种】中文【中图分类】TN9581 引言多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output, MIMO)技术为雷达理论的发展提供了广阔的思路，以此为基础体制的MIMO雷达在目标检测、参数估计、杂波抑制等方面具有诸多优势[1,2]，已成为现代雷达发展趋势的综合体现。
根据信号处理方式的不同，MIMO雷达可以分为分布式MIMO雷达和相干式MIMO雷达；本文以相干式MIMO雷达为研究对象，重点研究单基地配置下的多目标参数估计问题。
单基地MIMO雷达因其虚拟扩展能力，能够获取比传统相控阵雷达更大的虚拟孔径，在参数估计性能方面优势明显。
鉴于虚拟扩展后与1维线性阵列的等效相似性，目前的研究大多是将传统基于相控阵雷达的高分辨算法直接推广应用，文献[3]的最大似然算法可以直接用来求解1维角度，且估计性能能够逼近理论下界，同时对单基地MIMO雷达阵列流型没有要求，但需要高维的参数搜索，运算量较大；文献[4]通过设计相应的降维矩阵，将原始单基地MIMO雷达高维回波数据转换到了低维信号空间，去除了虚拟扩展中所有的冗余数据，因此降低了后续处理的数据维数，但其参数求解涉及1维Capon谱搜索；文献[5]在进行降维变换之后，直接利用ESPRIT算法进一步降低了算法整体的运算复杂度；文献[6]在文献[5]的基础上进一步通过酉变换，充分利用复观测数据及其共轭数据来提高ESPRIT算法的参数估计精度；文献[7,8]针对传统MIMO雷达发射功率分散的问题，从波束域空间的角度优化发射波束加权矩阵，将发射功率聚集范围于期望发射方向，以此进一步提高参数估计性能及精度。
矢量阵被动合成孔径算法余桐奎;刘文帅;王郁;李欣童【摘要】随着减震降噪技术的发展,水下辐射噪声水平不断降低,使得采用常规波束形成技术进行声源定位难度加大.基于此原因,本文重点研究矢量阵被动合成孔径技术,该方法将合成孔径应用于矢量线列阵中,通过理论及仿真表明,该方法要优于常规声压阵列,它可以通过较少水听器阵元数目的阵列,得到可以覆盖多个倍频程信号的大孔径的虚拟阵列,具有更高的目标定位精度,而且可以获得长阵具有的阵增益和方位分辨力,降低工程实施难度,适合低噪声目标的辐射噪声测量,具有良好的工程应用价值.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2014(036)007【总页数】4页(P86-89)【关键词】合成孔径;矢量阵;噪声测量【作者】余桐奎;刘文帅;王郁;李欣童【作者单位】大连测控技术研究所,辽宁大连116013;哈尔滨工程大学水声技术国家级重点实验室,黑龙江哈尔滨150001;大连测控技术研究所,辽宁大连116013;大连测控技术研究所,辽宁大连116013【正文语种】中文【中图分类】TN949.6+3水下声隐身性是水下航行器最主要的性能之一，如何有效估计其水下辐射噪声是一个非常重要的问题。
传统的水下目标辐射噪声测量多采用单声压水听器进行，该测量方法原理简单，工程实施难度低，虽不能获得空间增益，但是可以使用声压水听器阵列获得空间增益，如果需要获得的空间增益越大，则需要的水听器阵列越长，从而使得工程实现难度大，代价昂贵。
同时，随着减振降噪技术的发展，水下航行器辐射噪声在不断下降，采用声压线阵也难以获得更高的增益，利用矢量水听器具有的指向性，且不随频率改变，可以用小尺寸的矢量水听器获得较大尺寸常规基阵同样的增益，该技术已经广泛应用于低噪声目标的辐射噪声测量中。
伴随着水下航行器辐射的降低和频率的下移，采用单矢量水听器的方法还很难满足检测要求，矢量水听器线列阵必然是一种首要的选择。
基于此原因，本文将被动合成孔径技术应用于矢量线列阵，并给出仿真研究结果。
距离多普勒算法1.简介距离多普勒算法（RDA）是在1976年至1978年为处理SEASAT SAR数据而提出的，至今仍在广泛使用，它通过距离和方位上的频域操作，达到了高效的模块化处理要求，同时又具有了一维操作的简便性。
该算法根据距离和方位上的大尺度时间差异，在两个一维操作之间使用距离徙动校正（RCMC)，对距离和方位进行了近似的分离处理。
由于RCMC是在距离时域-方位频域中实现的，所以也可以进行高效的模块化处理。
因为方位频率等同于多普勒频率，所以该处理域又称为“距离多普勒”域。
RCMC的“距离多普勒”域实现是RDA与其他算法的主要区别点，因而称其为距离多普勒算法。
距离相同而方位不同的点目标能量变换到方位频域后，其位置重合，因此频域中的单一目标轨迹校正等效于同一最近斜距处的一组目标轨迹的校正。
这是算法的关键，使RCMC能在距离多普勒域高效地实现。
2.算法概述图1示意了RDA的处理流程。
1.当数据处在方位时域时，可通过快速卷积进行距离压缩。
也就是说，距离FFT后随即进行距离向匹配滤波，再利用距离IFFT完成距离压缩。
图1（a）和图1（b）就是这种情况，图1（c）则不同。
2.通过方位FFT将数据变换至距离多普勒域，多普勒中心频率估计以及大部分后续操作都将在该域进行。
3.在距离多普勒域进行随距离时间及方位频率变化的RCMC，该域中同距离上的一组目标轨迹相互生命。
RCMC将距离徙动曲线拉直到与方位频率轴平等的方向。
4.通过每一距离门上的频域匹配滤波实现方位压缩。
5.最后通过方位IFFT将数据变换回时域，得到压缩后复图像。
如果需要，还进行幅度检测及多视叠加。
以下各节将依次讨论包括两种不同二次距离压缩（SRC）实现在内的所有步骤。
讨论基于机载C波段仿真数据，参数如表1所示。
表1距离信号和方位信号采样的差别图1 RDA 的三种实现框图3. 低斜视角下的RDA首先考察无需SRC 的简单低斜视角情况，处理步骤与图1中的基本RDA 相同。
二维混合MIMO相控阵雷达的嵌套阵列结构设计程天昊;王布宏;蔡斌;李夏;刘帅琦【摘要】In order to reduce the loss of degree of freedom (DOF) brought by the transmit sub-array splitting of two dimensional hybrid multiple input multiple output (MIMO) phased radar, this paper presents a design method of transmitting and receiving array based on the nested array structure.Firstly, a two dimensional hybrid MIMO phased radar transmitting array based on the one dimensional nested array is presented.On this basis, the receiving end is set as a nested array, and finally a virtual array and difference coarray are formed to expand the number of virtual array elements.The expansion increases the DOF of arrays while preserving the advantages of hybrid MIMO phased radars.At the same time, the closed-form expressions of array manifolds are also given.Based on the maximum DOF criterion, the optimal number of nested array elements at the transceiver is deduced.Simulation experiments show that compared with the traditional and coprime hybrid MIMO phased radar, the proposed method can effectively improve the array DOF and direction of arrival estimation accuracy.%针对二维混合多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)相控阵雷达发射阵列子阵分割带来的自由度(degree of freedom,DOF)减小问题,提出了基于嵌套阵结构的收发阵列设计方法.首先给出基于一维嵌套阵的二维混合MIMO相控阵雷达发射阵列,在此基础上将接收端设置为嵌套阵,最后通过做虚拟阵列以及差异阵列,形成虚拟阵元数目扩展,在保留混合MIMO相控阵雷达优势的基础上增大了阵列DOF.同时给出了阵列流形的闭合表达式,推导出了基于最大DOF准则的最优嵌套阵元数目.仿真实验表明,相较于传统和互质的混合MIMO相控阵雷达,所提方法可有效提高阵列DOF和波达方向估计精度.【期刊名称】《系统工程与电子技术》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】8页(P541-548)【关键词】二维混合多输入多输出相控阵雷达;嵌套阵列;自由度;差异阵列;波达方向估计【作者】程天昊;王布宏;蔡斌;李夏;刘帅琦【作者单位】空军工程大学信息与导航学院, 陕西西安 710077;空军工程大学信息与导航学院, 陕西西安 710077;空军工程大学信息与导航学院, 陕西西安 710077;空军工程大学信息与导航学院, 陕西西安 710077;空军工程大学信息与导航学院, 陕西西安 710077;中国人民解放军93995部队, 陕西西安 710306【正文语种】中文【中图分类】TN8200 引言阵列天线的混合多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)相控阵技术近几年来在通信领域取得了广泛应用[1]。
阵列孔径的定义
阵列孔径是用于雷达和天文学领域的一种信号处理技术。
在雷达和天文学中，为了获得高分辨率图像或者准确的目标信息，需要尽可能地增大接收天线的尺寸。
但是天线的尺寸是有限的，因此需要采用一些技术使天线看起来比实际尺寸要大，这就是阵列孔径技术。
阵列孔径技术本质上是利用多个小天线组成的阵列来模拟一个大天线，这样就能够获得比单个天线更高的接收功率和空间分辨率。
因此，阵列孔径技术广泛应用于雷达目标识别、天文观测和地球成像等领域。
在阵列孔径技术中，每个小天线都接收到了由目标反射而来的信号，这些信号在时域和空域上都有一个相位差。
利用相位差，可以将多个小天线接收到的信号进行幅度加权、时延调整等处理，从而得到一个高分辨率图像或者更准确的目标信息。
总之，阵列孔径技术是一种重要的信号处理技术，在雷达和天文学领域被广泛运用。
它提供了比单个天线更高的接收功率和空间分辨率，为我们提供了更加准确的目标信息和更高质量的图像数据。
机载SAR／MTI雷达系统设计技术研究SAR/MTI雷达将SAR雷达的全天时、全天候的观测特性和MTI体制雷达对地面目标良好的跟踪性能结合，具备优越的战场感知能力，已成为各国研究的热点。
文章对基于二维有源相控阵体制SAR/MTI雷达系统设计进行了研究，论述了系统组成及特点，进行了雷达体制与工作模式设计，并给出了试验结果。
标签：二维有源相控阵天线；实时处理；机载；SAR；GMTI；AMTI1 概述合成孔径雷达作为一种主动式微波成像系统，已广泛应用于军事侦察、环境监测、土地资源管理等军事及国民经济领域[1]。
合成孔径雷达成像具有全天时、全天候、远距离和宽测绘带等优点，可以大大提高雷达的信息获取能力；同时在战场侦察方面，合成孔径雷达地面动目标检测功能可以侦察和监视敌方的战略设备和部队的运动情况，从而大大提高了成像雷达的战场感知能力。
在现代战场监视雷达的研制中，将SAR雷达的全天时、全天候的观测特性和MTI体制雷达对地面目标和低空目标良好的跟踪性能结合，研制SAR/MTI模式雷达成为各国研究的热点[3-4]。
国外最早开发的机载SAR/MTI雷达是美国的JSTARS系统，其作战效能在近几次局部战争中得到了充分验证和发挥。
此外，类似的系统还有英国的ASTOR、美国的Global Hawk（“全球鹰”无人机）及Predator（“捕食者”无人机）等。
国内的机载SAR雷达系统经过二十多年的发展已经具备了坚实的基础，我们已经成功开发了机载SAR/MTI雷达样机，并成功进行了机载校飞试验，实现了多模战场监视功能。
文章对基于二维有源相控阵体制SAR/MTI雷达系统设计进行了研究，论述了系统组成及特点，进行了雷达工作模式设计，并给出了试验结果。
2 系统组成及特点机载SAR/MTI雷达系统由机载SAR/MTI雷达、数据链及地面站3个部分组成。
机载雷达完成多模式战场侦察监视功能，实时获取战场目标情报信息（包含固定目标图像情报和运动目标点迹、航迹情报），并通过数据链实时下传到地面站进行显示及分发。
阵列孔径利用系数
阵列孔径利用系数（Aperture utilization factor）是指阵列天线
的有效利用率，描述了阵列天线中有效接收或辐射信号的能力。
它是天线的增益与阵列的总孔径相比的比率。
阵列天线的孔径（Aperture）是指所有天线单元的有效辐射或
接收面积的总和。
阵列天线的增益（Gain）是指阵列相对于一个参考天线（通常是单个天线单元）的辐射或接收能力的增益。
阵列孔径利用系数即为增益与孔径的比值。
阵列孔径利用系数的计算公式如下：
Aperture utilization factor = Gain / (A * λ^2)
其中，A为阵列孔径（单位为米的平方），λ为工作波长（单
位为米）。
阵列孔径利用系数通常表示为百分比形式。
较高的阵列孔径利用系数意味着阵列天线可以更有效地利用孔径，提高天线的性能和性价比。
