基于稀疏阵列的超分辨测向研究

admin · 发表于 2022-5-23 17:41:04

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测向系统的角分辨性能通常受到阵列孔径尺寸的限制。超分辨测向技术由于能够突破传统测向技术的“瑞利（Rayleigh）限”，一直是国内外十分关注的研究热点，在通信、雷达、声纳、侦查、射电天文、地震、勘探以及医学诊断等众多军用和民用领域中都有着广泛和重要的应用。稀疏阵列可在一定程度上突破增大阵列实际物理孔径时所面临的诸多限制（例如制造成本、平台空间等），它本质上就是将天线单元在阵列孔径上进行稀疏布置，即在阵元数不变的条件下拉大阵元间距，从而使整个天线的孔径变大。由于在增加阵列孔径尺寸方面具有独特的优势，稀疏阵列成为近年来日益受到关注的一种阵列结构。本文对基于稀疏阵列的超分辨测向技术和算法进行了深入研究，主要研究工作及贡献如下：（1）在稀疏阵列场景下的相干目标超分辨测向方面，提出改进方案将适用于单个阵列的空间平滑和基于信号子空间特征向量重构协方差矩阵两类解相干方法推广到具有多个子阵的稀疏阵场景下，较好解决了此时的相干目标超分辨测向题目。分析了两种解相干方法的性能特点，比较了不同改进方案的性能差别。（2）在利用虚拟阵元构造技术实现阵列的超分辨测向方面，较好解决了子阵间距较大、信噪比较低和快拍数较少等情况下的高精度虚拟阵元构造题目。对比研究了适用于子阵间距较大情况的非线性最小二乘迭代（NLS）、基于最小熵的反卷积迭代（IDMEC）、最小加权范数（MWN）和状态空间（SS）等基于参数模型的虚拟阵元内插算法，得出最小加权范数算法性能最优的结论。将基于参数模型的孔径内插同超级空间变迹（Super-SVA）孔径外推相结合，提出了一种新的两步虚拟阵元构造流程，克服了单纯使用参数化算法进行虚拟阵元构造时在低信噪比和小快拍数下精度欠佳的缺点。（3）在稀疏阵列的子阵间存在失配误差时的超分辨测向方面，根据稀疏阵列的单、双尺度平移不变结构特点提出了两种基于ESPRIT的超分辨测向算法，利用所提出的算法可直接确定目标方位而无需进行阵列校正或接收数据的预处理补偿，较好解决了此时的超分辨测向题目。同已有基于MUSIC的算法相比，本文算法具有更佳的测向性能。仿真验证了所提算法的优势，给出了性能分析。

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