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阵列天线雷达的目标方位距离联合估计和高分辨成像

作　者: 王鹏
导　师: 孟华东
学　校: 清华大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 调频连续波阵列天线雷达时分复用联合估计高分辨
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 71次
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内容摘要

调频连续波阵列天线雷达因其具有环境适应性好、分辨力高、系统稳定性好等特点在车辆前向防撞系统和自动驾驶系统中得到广泛应用。然而,已有的雷达系统结构复杂度较高,信号处理方法的方位分辨力不能满足系统的要求。针对这些不足,本文的工作主要围绕系统模型和信号处理两个方面展开,研究阵列天线雷达的目标方位距离联合估计和高分辨成像的问题。在系统模型方面,主要讨论时分复用阵列雷达的系统模型,对已有的多发射周期时分复用方式以及相应信号模型进行分析。针对其为了进行方位、距离和速度的估计需要的数据获取时间较长,对目标的运动速度有很大限制的不足,提出了单发射周期的时分复用方式,给出相应的信号模型,并分析了时空耦合产生的原因以及解耦的方法。另外,通过分析两种特殊的工作方式——慢速切换和快速切换的信号模型,将其和多通道阵列信号模型进行统一,在此基础上,对实际系统中时分复用方式的选取问题进行讨论。在信号处理方面,针对已有算法在方位分辨力和受信号相关性影响方面的不足,将稀疏恢复算法引入到方位和距离估计中,提出了基于独立稀疏恢复的方位估计成像算法。鉴于独立稀疏恢复算法没有充分利用多个频域快拍之间信号的联合稀疏性,文中给出了基于联合稀疏恢复的方位估计成像算法。考虑到联合稀疏恢复问题成像结果存在距离旁瓣以及求解存在一定的困难的问题,文中提出了一种基于稀疏恢复的方位距离联合估计成像算法以及在不损失估计性能的前提下,降低优化问题规模的改进算法。最后,通过仿真验证了相比于已有算法,基于稀疏恢复的方位距离联合估计算法及其改进算法具有更高的分辨力,在较高信噪比的条件下,其估计误差、对临近目标的估计偏差以及恢复正确率方面均能达到更好的性能。论文最后还给出了一些需要进一步研究的问题。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-13
  1.1 问题背景  9-10
  1.2 研究历史和现状  10-12
    1.2.1 系统模型方面  10-11
    1.2.2 信号处理方面  11-12
  1.3 论文主要工作  12-13
第2章接收多通道调频连续波阵列雷达  13-18
  2.1 调频连续波雷达  13-14
  2.2 接收多通道阵列雷达系统框架  14-15
  2.3 信号模型  15-17
  2.4 小结  17-18
第3章时分复用阵列雷达  18-31
  3.1 系统框架  18
  3.2 多发射周期时分复用及相应信号模型  18-22
  3.3 单发射周期时分复用及相应信号模型  22-30
    3.3.1 时空耦合问题  24-25
    3.3.2 慢速切换时分复用方式  25-26
    3.3.3 快速切换时分复用方式  26-27
    3.3.4 信号模型的统一  27-29
    3.3.5 实际系统工作方式的选取  29-30
  3.4 小结  30-31
第4章阵列天线雷达的成像和估计算法研究  31-48
  4.1 问题的定义  31
  4.2 基于时域波束形成的成像方法  31-33
    4.2.1 常规波束形成  32
    4.2.2 Capon 波束形成  32-33
  4.3 基于频域波束形成的成像方法  33-35
  4.4 基于稀疏恢复的方位估计成像算法  35-43
    4.4.1 稀疏恢复算法介绍  35-39
    4.4.2 从稀疏恢复的角度看方位估计  39-42
    4.4.3 小结  42-43
  4.5 基于稀疏恢复的方位距离联合估计成像算法  43-46
    4.5.1 从稀疏恢复的角度看方位距离联合估计  43-45
    4.5.2 对计算量改进的算法  45-46
  4.6 本章小结  46-48
第5章算法的性能分析  48-65
  5.1 系统仿真的模型和参数  49
  5.2 不同场景下的成像结果  49-58
    5.2.1 场景1  49-53
    5.2.2 场景2  53-57
    5.2.3 小结  57-58
  5.3 统计性能的分析  58-64
    5.3.1 估计误差vs.信噪比  58-60
    5.3.2 估计偏差vs.目标位置  60-63
    5.3.3 恢复正确率vs.信噪比  63-64
    5.3.4 小结  64
  5.4 本章小结  64-65
第6章工作总结和进一步工作展望  65-67
  6.1 工作总结  65-66
  6.2 进一步工作展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  72

阵列天线雷达的目标方位距离联合估计和高分辨成像

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