基于 MIMO 雷达的近场三维定位：克拉美罗界分析与估计器设计
信息论
2023-08-31 v1 信号处理
math.IT
摘要
本文研究近场多输入多输出(MIMO)雷达感知系统，其中配备大规模天线的收发机旨在未知杂波环境中定位三维(3D)空间中的多个近场目标。我们考虑球面波前传播，其在不同天线上具有信道相位与幅度变化。在此设定下，未知参数包括目标的 3D 坐标与复反射系数，以及噪声与干扰协方差矩阵。首先，通过考虑一般发射信号波形，我们推导对应于目标 3D 坐标与复反射系数的费希尔信息矩阵(FIM)，并据此获得 3D 坐标的克拉美罗界(CRB)。这为 3D 近场目标定位提供了性能界。针对特殊的单目标情形，我们以解析形式获得 CRB，并分析其随目标距离与收发机天线尺寸的渐近缩放行为。接下来，为便于实际定位，我们基于最大似然(ML)准则提出两种目标定位估计器，分别为 3D 近似循环优化(3D-ACO)与带白高斯噪声的 3D 循环优化(3D-CO-WGN)。数值结果验证了渐近 CRB 分析，并表明当目标靠近收发机时，考虑变化的信道幅度对实现精确 CRB 与定位至关重要。结果还显示所提估计器在各种杂波环境下达到接近推导 CRB 的定位性能，从而验证其实用有效性。此外，表明发射波形对 CRB 与定位性能有显著影响。
引用
@article{arxiv.2308.16130,
title = {Near-Field 3D Localization via MIMO Radar: Cram\'er-Rao Bound Analysis and Estimator Design},
author = {Haocheng Hua and Jie Xu and Yonina C. Eldar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.16130},
year = {2023}
}
备注
13 pages (14 pages in Arxiv version..), 16 figures, submitted for journal publication. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:2305.10986