基于双RIS辅助的MIMO雷达目标位置与速度测量

研究意义

可重构智能表面（RIS）是一种新型的人造可调谐反射阵列，可以通过改变电磁波的传播路径和方向，实现对无线信号的精确控制。在传统的单基雷达测量中，由于角度的估计误差会导致较大的目标位置测量误差，且利用卡尔曼滤波法进行速度测量的精度较低。RIS作为一种低成本的反射阵列，能够将不同的观测视角的回波信号反射给接收机进行处理，从而极大地提升雷达获取的信息量，以降低对目标位置和速度估计的误差。

本文工作

为了实现上述的目标，本文构建了一个双RIS辅助雷达位置和速度测量的系统，并通过RIS相位的合理优化，实现了测量精度的大幅提升。首先，本文对RIS部署的位置进行了分析，以实现雷达直接回波与RIS反射回波的去相关；建立了双RIS辅助MIMO雷达的信号模型，正交波形的运用，可以进一步提高测量的准确度。然后，根据信号模型推导了位置和速度测量的克拉美罗下界，以得到位置和速度测量的理论精度。根据该理论精度为目标设计了基于遗传算法的RIS相位矩阵优化方法，实现了目标位置和速度测量精度的大幅提升。

本文的创新点如下：

(1) 提出了远场部署RIS的方案，利用空间分集，极大地提升了雷达能够获取的信息量，从而大幅降低了估计误差。

(2) 通过对RIS相位矩阵的调控，使该系统的可配置性更强，从而可以实现不同的性能指标。

实验结果

本文对所提方案进行了仿真验证。为了验证RIS辅助雷达对目标位置测量的优势，在相同的RIS尺寸大小情况下，对比了不同数量的RIS辅助下对目标位置估计的准确度，仿真结果如图1所示。结果表明，RIS辅助雷达的目标位置测量性能远强于传统单基地雷达。且RIS数量越多，目标位置估计的性能越好。