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双基地MIMO雷达接收端能获得发射端角度信息,通过估计目标相对于发射天线的角度(DOD)和相对于接收天线的角度(DOA)能实现目标的定位。但目前大多研究集中在通过收发角度联合估计实现目标的在两维坐标系下的定位。在实际应用中,需要在三维空间对目标定位。
本文提出一种在二维发射阵,一维接收阵配置下,双基地MIMO雷达对目标在三维坐标系下的定位方法。分别研究了发射阵为L阵和均匀圆阵时,通过估计目标相对于发射阵的方位角(X轴锥角)和俯仰角(Y轴锥角),相对于接收阵的锥角,利用这三个角度实现目标三维定位方法。针对发射L阵,接收均匀线阵,首先构造选择矩阵分离出只含有接收角度的旋转因子,利用特征值矩阵估计接收角,再根据L阵导向矢量和特征向量矩阵的关系来估计X轴锥角和Y轴锥角。
针对发射圆阵,接收均匀线阵采用了两种方法估计目标的三维角度。首先利用ESPRIT算法估计出目标的接收角。在估计圆阵的方位角和俯仰角时采用了两种算法,一种对接收端信号进行通道分离,然后联合模式激励法和UCA-ESPRIT算法来估计目标的方位角和俯仰角。另一种利用模式激励法处理DOA估计时得到的特征向量矩阵获得关于俯仰角和方位角的递推关系式,进而估计出角度。
通过估计的三维角度就能确定目标的位置,该定位方法的优点是避免了在双基地MIMO雷达定位中估计发射阵-目标-接收阵之间的距离,因此不需要精确的时间同步。本文还对该方法的GDOP进行了分析,仿真结果证实了方法的有效性。