任意波形相关性的机载MIMO雷达杂波建模与分析

为了分析任意发射波形相关性影响下的机载MIMO雷达杂波分布特性,从信号空间与阵元空间变换的数学角度构建了发射波形合成模型。在此基础上,提出了任意发射波形合成影响下的机载MIMO雷达杂波统一模型,论述了发射波形合成与杂波统一模型之间的关系。仿真揭示了统一模型下发射波形从全正交、相关到全相干的演变过程中杂波的分布特性。研究得出,发射波形互相关矩阵的结构决定了杂波谱展宽的程度,而该互相关矩阵的秩决定了杂波自由度大小。该模型为波形设计影响下的机载MIMO雷达STAP算法的设计提供了理论依据。     

机载MIMO雷达杂波建模与特性分析

针对不同环境条件下的机载MIMO雷达地杂波建模问题,综合考虑了杂波幅度分布模型、杂波单元散射模型以及雷达系统参数模型,提出了一种基于复合模型的杂波建模方法;之后又进一步考虑阵元误差、通道误差和杂波起伏等非理想因素,建立了一种非理想条件下的机载MIMO雷达杂波统一模型;通过改变模型参数对各种杂波的幅度、后向散射系数、各种误差条件的空时二维似然谱和特征谱进行仿真实验。仿真结果表明,理想条件下机载MIMO雷达杂波谱具有良好的斜空时二维特性,但在非理想条件下杂波起伏剧烈,并且不同地貌环境起伏程度差别较大。     

机载相干MIMO雷达杂波自由度估计研究

针对任意发射波形合成结构影响下的机载相干MIMO雷达杂波自由度的估计问题。论文提出了一种机载相干MIMO雷达杂波自由度估计的构造法,该方法利用发射波形合成结构直接构造等效矩阵代替杂波协方差矩阵进行求秩。通过递推分解等效矩阵,提出并证明了一种杂波自由度快速估计准则,建立了机载相干MIMO雷达发射波形合成结构、阵列稀布构型与杂波自由度之间的定量关系。研究表明:该方法和准则能够准确预测任意发射波形合成结构下的机载MIMO雷达的杂波特征谱结构。该理论既保证了降秩STAP算法性能的最优又具有较小的计算量,并为最优发射波形合成方案和MIMO STAP算法的设计提供了依据。     

机载分布式相干MIMO雷达的杂波谱分析

以多载频矩形脉冲信号为发射信号,建立了机载分布式相干MIMO雷达的杂渡模型;给出了经典的杂波功率谱估计方法和杂波自由度估计规则;仿真分析了多载频频率步进和不同误差条件下的最小方差（MV,minimum variance）杂波谱和杂波特征谱.仿真及分析结果表明：机载分布式相干MIMO雷达的杂波具有空时二维斜对角分布特性;杂波起伏、载机偏航均会使杂波谱展宽及杂波自由度增大;多载频频率步进的增长导致杂波去相关.     

正交频分LFM信号MIMO雷达的距离维高分辨

MIMO雷达即多输入多输出雷达,发射时分为多个子阵,每个子阵发射的信号载频相差固定频率并满足正交关系,其信号模型及处理方法类似于步进频率雷达。由于信号之间的正交性,利用匹配滤波提取出不同频率的发射信号分量,然后相参合成实现距离维高分辨,同时还可以完成测速、测距和相参积累等功能。首先给出了MIMO雷达的信号模型,然后分析了正交频分线性调频信号的互相关特性,推导出了距离维高分辨合成处理的数学模型,分析了速度对合成效果的影响及解决方法,最后通过仿真实验证明了理论分析的正确性。     

机载MIMO雷达杂波建模及杂波特性分析

机载MIMO雷达通过将MIMO技术应用到机载雷达,显著增加了雷达的系统自由度,改善了机载雷达的杂波抑制性能.首先建立了机载MIMO雷达的杂波数学模型;然后给出了两种典型的正交信号形式;最后对不同信号形式和不同误差条件下机载MIMO雷达的杂波功率谱和特征谱进行了仿真分析.仿真结果表明,机载MIMO雷达与机载相控阵雷达有相似的杂波分布,但其杂波自由度显著增加;发射信号从正交向相干的退化过程中,杂波在空时二维平面形成主副瓣并逐渐锐化.     

机载MIMO雷达收发联合降维STAP算法统一理论框架

该文研究了机载多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）雷达杂波抑制的收发联合降维空时自适应处理（Space Time Adaptive Processing,STAP）算法统一理论框架。首先,基于机载MIMO雷达发射波形分集的特性,构建了机载MIMO雷达降维联合自适应STAP处理的统一理论框架结构。在此基础上,建立了3种降维STAP处理结构。最后,针对上述3种降维结构,给出了相应的3类适用于MIMO体制的降维STAP处理算法。仿真实验表明:机载MIMO雷达联合降维自适应算法具有较好的杂波抑制性能和较强的抗干扰能力。      

基于发射子阵集中式MIMO雷达波束形成

与相控阵雷达相比,集中MIMO雷达发射在采用正交波形时,虽然能够得到波形分集增益,但同时也损失了相干处理增益。针对这一问题,本文提出了发射子阵波束合成的思想。首先对集中式MIMO雷达的发射端进行非相干子阵划分,然后利用子阵内波形的相关性和子阵间波形的正交性来同时获取相干处理增益和波形分集增益,并推导出了子阵划分MIMO雷达波束方向图和输出SINR的数学表达式。与相控阵雷达和常规集中式MIMO雷达相比,采用该方法的雷达能够实现较低的空域副瓣和较大的输出信干噪比。仿真实验证明了该算法的有效性。     

MIMO雷达基于子阵的波束形成性能分析

MIMO雷达是近几年发展起来的一种新体制雷达,已成为雷达领域中的研究热点。结合机载MIMO雷达在采用子阵级阵列处理时遇到的栅瓣问题,本文介绍了规则子阵划分方法,将时分虚拟技术应用到MIMO雷达中,引出时分虚拟重叠发射子阵技术,分析了不同划分方法下的波束形成并给出仿真结果和分析结论,得到一些有用结果。对当前研究的机载MIMO雷达子阵划分及栅瓣抑制问题有一定意义。     

弯曲阵面机载共形阵列雷达方向图与杂波相关性研究

针对载体弯曲效应对机载共形阵列雷达方向图和杂波特性的影响,该文在正侧视条件下评估均匀圆环阵方向图性能,分析不同位置阵元对弯曲阵面方向图合成效率的影响,发现边缘阵子不仅对共形阵列方向图主瓣增益贡献较小,反而更易引起旁瓣抬升等挑战,降低共形阵的孔径利用效率。另一方面,通过严格的理论推导完成共形阵列雷达方向图特性与杂波扩展效应内在物理联系的分析,发现弯曲阵面引起的方向图非理想畸变是共形阵杂波非均匀扩展的核心影响因素。在此基础上,进一步分析共形雷达单个贴片微带阵元加工和安装结构组件将增大阵元物理尺寸,使得共形阵列雷达相邻阵元间距大于半波长,当阵元间隔增大到一定程度时,在方向图远区会形成较高的栅瓣,进一步影响机载共形阵列雷达的杂波分布,通过仿真分析发现在特定的脉冲重复频率(PRF)条件下,“栅瓣杂波”折叠进入主瓣杂波,该文提出通过优化雷达PRF设计,避免栅瓣杂波的折叠效应对机载共形阵列雷达信号处理性能的影响,相关仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于NLS的MIMO雷达方向图综合

与传统相控阵雷达方向图综合不同,MIMO雷达通过优化发射波形的协方差矩阵来实现发射方向图综合,从而实现数字阵列雷达的多功能特性。该文通过数学变换,把传统相控阵雷达非线性最小二乘方向图综合法推广到MIMO雷达方向图综合。首先对发射波形的协方差矩阵进行分解,然后构造非线性最小二乘法代价函数优化分解因子,从而使综合方向图最大限度地逼近期望方向图。与现有MIMO雷达方向图综合方法相比,文中方法能通过罚函数,灵活调节综合方向图的过渡带宽度和主瓣波动幅度,且具有更小的均方误差,仿真实验验证了方法的有效性。     

端射阵机载雷达杂波建模与杂波特性分析

端射阵天线是指波束指向垂直于阵列法线方向的一类特殊雷达天线,由于其具有低剖面和强定向辐射特性,因而特别适合用于机载雷达的补盲。首先,以均匀端射线阵为阵元组建了端射阵列天线,并在端射阵机载雷达几何模型的基础上对端射阵天线的方向图特性进行了分析;然后,进一步构建端射阵机载雷达的杂波回波数学模型;最后,对端射阵机载雷达的杂波空时谱以及在不同情况下的杂波距离-多普勒谱进行了仿真分析,并与传统侧射阵机载雷达的杂波谱进行了比较。理论与仿真结果表明:所建端射阵空时二维杂波模型是合理的,可为下一步开展端射阵机载雷达空时自适应杂波抑制方法的研究提供数据来源。     

集中式MIMO雷达研究综述

多输入多输出(MIMO)雷达作为一种新体制雷达,利用其发射波形分集的特点,在目标检测、参数估计、射频隐身及抗干扰等诸多方面展现出了突出的性能,经过学者们近20年的深入研究,基于正交波形的MIMO雷达相关理论日臻完善,并在汽车辅助驾驶、安全防卫等领域得到广泛应用。近年来,随着电磁环境感知及知识辅助等概念的引入,基于波形优化的MIMO雷达主动抗干扰、射频隐身、以及探测-通信一体化等技术受到学者们的关注并得到深入研究。该文力图对学者们近20年来围绕MIMO雷达的研究工作进行归纳与综述,内容主要包括:正交波形MIMO雷达原理、目标探测性能分析、典型应用;正交波形MIMO雷达波形设计与特点;基于知识的认知MIMO波形设计与算法;基于MIMO的探测-通信一体化波形设计与算法;MIMO雷达信号处理、数据处理及资源管理。论文最后对MIMO雷达在机载应用中的空时处理(STAP)、MIMO雷达在成像中的信号处理、以及基于时分多波形分集的线性调频毫米波MIMO雷达信号处理等进行了讨论。      

发射波形任意合成结构下机载MIMO雷达STAP性能分析

输出信杂噪比(SCNRout)是决定机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应信号处理(STAP)性能的一个重要指标,但是现有的STAP算法均无法准确地给出其理论解析式。针对上述问题,文中研究了发射波形任意合成结构下的机载MIMO雷达衡量STAP性能的SCNRout的精确理论解析式。首先,通过发射波形互相关矩阵和MIMO STAP性能之间的联系,推导得出了SCNRout的理论解析式;然后,基于对该理论解析式的分析,从发射波形任意合成结构这个角度阐述了理想MIMO雷达、MIMO相控阵雷达和相控阵雷达的STAP性能特征。仿真实验表明:推导得出的理论解析式与仿真结果精确一致,并论证分析了机载MIMO雷达STAP处理性能的优越性。所推导的理论解析式对发射波形的优化设计具有重要的参考意义。     

相控阵MIMO雷达最佳子阵划分

研究了相控阵多输入多输出（MIMO）雷达发射阵列采用满重叠划分方式时的波束形成,将收发波束方向图表示为单个子阵的发射波束方向图、波形分集方向图和接收波束方向图乘积的形式,并分析其最大探测距离、主瓣宽度、副瓣性能以及输出信号与干扰加噪声比性能。理论及仿真结果表明：与同等配置的相控阵雷达和MIMO雷达相比,相控阵MIMO雷达拥有更好的副瓣抑制性能以及抗干扰能力。并通过研究子阵数目对雷达性能的影响,得到了不同准则下的最佳子阵数目选取方案。     

正交信号MIMO雷达动态范围与弱目标检测性能分析

正交信号MIMO雷达各阵元发射相互正交的信号波形,多个信号波形在空间不能叠加形成高增益的窄波束,经目标反射回来的回波信号的动态范围较传统相控阵雷达有所降低,这将有利于改善对强杂波中的弱目标信号的检测性能。动态范围往往取决于杂波功率,本文分析了基于OFDM-LFM信号的MIMO雷达的信号功率问题,并提出利用优化的随机相位来降低信号瞬时功率,从而改善回波信号的动态范围。仿真比较了在接收机动态范围一定的条件下,MIMO雷达相对于传统相控阵雷达在弱目标检测性能方面的改善。