基于四元数理论的双基地ULA-MIMO雷达目标参数估计方法研究

【摘要】自MIMO雷达概念的提出以来已十年有余，其虚拟孔径、空间分集、波形分集等特性使MIMO雷达在目标检测与定位等方面的性能比传统相控阵雷达更加优越，因此MIMO雷达引起了国内外学者的广泛关注。双基地MIMO雷达作为集中式MIMO雷达一个重要分支，正发挥越来越重要的作用，并成为MIMO雷达领域的一个研究热点。目标的参数估计是雷达研究领域的重要内容，也是雷达实现精确目标定位的关键技术。双基地雷达的回波信号中同时包含了接收角度信息和发射角度信息，使得双基地MIMO雷达有着较高的目标参数估计精度，因此具有广泛的应用前景。本文针对收发阵列均为均匀线阵的双基地MIMO雷达展开研究。近年来，四元数理论在刚体力学、图像处理、模式识别、阵列信号处理等领域已经得到了应用。由于四元数正交矢量之间比复数具有更强的正交约束条件，所以基于四元数理论的参数估计算法具有较好的模型误差容错性。本文在双基地ULA-MIMO雷达传统数据模型基础上，借助于希尔伯特变换构造了四个相互正交的数据作为四元数的四维正交分量，从而形象直观的描述了双基地ULA-MIMO雷达的四元数模型，并基于四元数模型研究了基于四元数理论的双基地ULA-MIMO雷达目标参数估计方法。本文针对双基地ULA-MIMO雷达四元数模型研究了MUSIC算法。在四元数模型基础上构造了四元数数据矩阵，从而提出了基于四元数矩阵奇异值分解的MUSIC算法和基于四元数矩阵导出阵奇异值分解的MUSIC算法，仿真实验验证了所提两种算法的有效性；在此基础上，本文又利用四元数模型构造了自共轭四元数数据矩阵，从而提出了基于自共轭四元数矩阵右特征值分解的MUSIC算法和基于自共轭四元数矩阵导出阵特征值分解的MUSIC算法，通过仿真实验验证了这两种算法的有效性。最后对所提四种四元数MUSIC算法进行了性能对比仿真实验，仿真实验的结果表明，基于四元数矩阵导出阵奇异值分解的MUSIC算法性能最为优良。本文针对双基地ULA-MIMO雷达四元数模型研究了四元数ESPRIT算法。基于所构造的四元数数据矩阵，提出了基于四元数矩阵导出阵奇异值分解的ESPRIT算法，仿真实验验证了所提算法的有效性；在此基础上，基于构造的自共轭四元数数据矩阵又提出了基于自共轭四元数矩阵导出阵特征值分解的ESPEIT算法，通过仿真实验验证了所提算法的有效性。最后对所提的两种四元数ESPRIT算法进行了性能对比仿真实验，仿真实验的结果表明，基于四元数矩阵导出阵奇异值分解的ESPRIT算法性能较为优良。
【作者】张震；
【导师】石要武；
【作者基本信息】吉林大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】双基地MIMO雷达；四元数；MUSIC；ESPRIT；目标参数估计；

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