基于MIMO与多元数的弹载分离式电磁矢量传感器阵列雷达超分辨测角方法研究

Electromagnetic vector-sensor (EMVS) can obtain the useful polarization information of signal besides the amplitude, phase, frequency and waveform. Moreover, the sensor is arranged in vector-form. Therefore, it has many more advantages than the conventional scalar array in missile-borne radar with limited space. In addition, many researchers focus on spread EMVS because of the advantages of low mutual coupling, considerable hardware cost and extended spatial aperture. Direction of arrival (DOA) estimation is one of the main tasks of missile-borne radar. High resolution and accuracy DOA estimation of multi-targets can provide the precise guidance information for seeker. Therefore, this project researches on the new theories and methods of angular super-resolution for missile-borne spread EMVS. For the characteristics of missile-borne radar with small volume, high speech and strict demand of aerodynamics, we use the multiple input multiple output (MIMO) to extend the spatial aperture, multi-nion to restore the nonlinear and multidimensional structure of vector-signal. We then research on the optimization design with large aperture and low mutual coupling spread EMVS array radar, the angular super-resolution algorithms to make use of or compensation of “spatial phase shift factors”, and also the robust signal process under the imperfect array scenario. These results will offer the theoretical support for the next generation technology of precise guidance.

电磁矢量传感器能够获取信号幅度、相位、频率和波形等信息外，另一个可资利用的极化信息，再加上其天线的矢量布阵方式，使其在高速弹载空间受限雷达的应用较常规标量阵列雷达具有巨大的优势。另外，分离式电磁矢量传感器因其具有低互耦、硬件实现简单、孔径扩展等特性而备受关注。而波达方向估计是弹载雷达的基本任务之一，多目标高分辨、高精度角度估计能为导引头提供精确制导信息。故本项目就弹载分离式电磁矢量传感器阵列的超分辨技术展开信号处理的新理论和新方法研究。针对弹载雷达体积小、速度高、空气气动性要求严格等特点，利用多输入多输出（MIMO）模式来扩展阵列的有效孔径、多元数来恢复矢量信号内部的非线性多维结构，研究具有大孔径、低耦合的分离式电磁矢量传感器阵列优化设计和空间相移因子补偿或利用的多目标角度超分辨算法及其在阵列非理想因素下的稳健信号处理方式，为导弹的下一代精确制导技术提供理论支持。

多输入多输出（MIMO）雷达在目标检测、参数估计、跟踪等方面具有其独特的优势，成为了近十年的研究热点之一。波达方向（DOA）参数估计是雷达等系统的主要任务之一。引入极化信息，推导单基地电磁矢量传感器MIMO雷达的两维DOA估计问题。重点推导极化-空域联合信息所具有的旋转不变性，并用空域旋转不变超分辨算法解决其两维DOA估计。所提方法适用于任意、未知的阵列结构。.在极化分集和波形分集的前提下，研究了存在增益相位误差和互耦条件下极化MIMO雷达鲁棒参数估计问题。首先针对共点式电磁矢量传感器存在增益相位误差这一问题，推导了存在增益相位误差时的空极化域的旋转不变性，并提出了一种基于ESPRIT-LIKE的参数估计算法，该方法可以有效克服增益相位误差，并且对阵元位置无要求；然后，针对同时存在增益相位误差和互耦的问题，提出一种分离式电磁矢量传感器阵列及相应的参数估计算法，可以有效克服阵列互耦和增益相位误差，并且同样对阵元位置无要求；然后，针对上述两种参数估计方法精度较低的问题，给出了一种由分离式电磁矢量传感器组成的稀疏阵列，并提出了一种基于组合ESPRIT-LIKE的参数估计算法，该方法不仅可以克服增益相位误差及互耦，还可以有效利用大的阵列孔径来提高参数估计精度。