正交波形MIMO雷达对发射杂散影响的改善

雷达在波形产生和传输过程中会产生杂散信号,这些杂散信号可能干扰雷达检测,产生EMI等。由于正交波形MIMO雷达各个发射通道的发射信号波形是正交的,而某些发射杂散对阵列是不相干的,因此不会产生阵列处理增益,从而就减小了对雷达本身及其他RF系统的干扰。本文分析了雷达发射杂散的信号模型,讨论了发射杂散对正交波形MIMO雷达和传统相控阵雷达的目标检测性能的影响,说明了MIMO雷达在减小杂散影响方面的性能优势。     

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.     

双基地MIMO雷达杂波建模与分析

双基地多输入多输出(MIMO)雷达发射正交波形,不同地面杂波单元的回波信号形式存在明显差异,传统的杂波建模方法已不再适用。文中提出一种双基地MIMO雷达杂波建模方法,将地面划分为满足发射角度分辨率、接收角度分辨率、距离分辨率三重约束的杂波散射单元,并计算各单元的杂波回波信号,然后将各单元回波信号采用矢量相加求得总的杂波视频信号。最后通过对传统雷达杂波建模与本文建模方法的仿真与分析,增强了对双基地MIMO雷达杂波谱结构的认识,有助于开展对双基地MIMO雷达杂波抑制的研究。     

MIMO雷达微弱目标长时积累技术综述

复杂背景下雷达微弱目标检测一直以来是雷达信号处理领域的国际性难题,随着雷达新体制的发展,给信号处理提供了更多的空间维度,正交波形MIMO雷达的宽发窄收观测方式可有效延长目标驻留时间、实现时域、空域和频率的联合处理和高分辨估计,从而有利于积累目标能量和抑制杂波,提高强杂波背景中弱小目标检测能力。本文对近年来正交波形MIMO雷达长时间积累和目标检测技术的研究进展进行了归纳总结,介绍了正交波形MIMO雷达长时积累的概念和分类,并从机动目标回波特性认知、变换域相参积累、检测前跟踪、长时间相参积累、稀疏时频分析等方面给出了正交波形MIMO雷达机动目标积累的有效途径。最后,该文总结了现有研究存在的问题,对未来关注的技术发展进行了展望。      

基于量子遗传算法的MIMO雷达正交信号波形设计

正交信号波形设计是MIMO雷达领域的研究热点,随着技术的发展,MIMO雷达对正交信号波形的性能要求越来越高。针对现有MIMO雷达正交信号波形互相关峰值较高且算法收敛速度慢的问题,为了提高码长较长的正交信号波形的性能,本文使用量子遗传算法,将量子计算与遗传算法相结合,进一步降低了波形的互相关峰值,一方面降低了不同目标回波之间的相互干扰,提高了雷达系统的检测性能,另一方面使雷达系统更难被敌方定位,提高了雷达的战场生存能力。仿真试验的结果表明,该方法能有效提高波形的正交性能,并加快了优化的速度。      

发射波形合成下的机载MIMO雷达杂波统一模型

针对发射波形相关及非理想因素影响下的机载MIMO雷达杂波分布特性的问题,给出了理想情况下机载MIMO雷达杂波模型。利用信号集合及阵列导向矢量投影变换的原理,提出了基于波形合成的机载MIMO雷达杂波统一模型,分析了模型与理想MIMO雷达、相关MIMO雷达及相控阵雷达的统一关系。然后给出了多种非理想因素影响的误差矩阵,建立了非理想因素影响下的机载MIMO雷达杂波统一模型。最后仿真分析了波形相关及非理想因素影响下的MIMO雷达杂波特性,并得出结论:波形合成会产生子阵合成,当合成子阵间发射信号全正交,且合成子阵内各阵元发射信号全相干时,杂波谱的斜脊线最窄。该统一模型为机载MIMO雷达杂波特性分析及STAP算法设计提供了理论依据。     

频率分集MIMO雷达信号优化设计

针对集中式多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达扩展目标检测识别问题,提出将多频阵列(multiple frequency array, MFA)应用到集中式MIMO雷达中来实现频率分集,增加自由度,在频域基于互信息量(mutual information, MI)优化不同频带天线上的功率分配以设计信号,针对目标依据雷达功率分配情况施放干扰以避免检测识别的情况,雷达在杂波及干扰环境下再次优化信号功率分配,实现雷达认知功能。仿真结果证明,优化信号可综合噪声、杂波及干扰统计特性重新调整功率分配,可提高目标频域响应和目标回波间互信息量,为改善目标检测识别性能奠定基础。      

基于协方差矩阵特征分解的MIMO阵列多目标检测方法

正交波形MIMO雷达各阵元发射相互正交的信号波形,采用低增益的宽波束照射探测空域。利用信号和噪声特征值大小以及特征增量之间的差异,提出了MIMO阵列特征门限（ET）多目标检测方法（MIMO-EI）,并与常规阵列算法做比较,通过计算机仿真说明MIMO-ET方法双目标检测能力优于传统相控阵ET方法。     

MIMO阵列波束形成方法研究

相控阵雷达无法分辨一个波束宽度内的2个目标,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)雷达阵列各阵元发射正交信号,提高了阵列系统的自由度,改善了雷达阵列系统分辨性能。文中给出了MIMO阵列相关滤波器组分离目标回波信号的原理框图,并进行了MIMO阵列常规波束形成器和最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器理论分析和仿真实验。仿真结果表明,MIMO阵列比常规相控阵列具有更高的角度分辨率。     

天基TDM-MIMO雷达系统抗干扰波形设计方法

针对天基MIMO脉冲雷达探测体制的发射波形设计问题,考虑到天基雷达的发射波形等相关参数极易被敌方侦察设备侦收到,提出了一种新的抗干扰天基TDM-MIMO雷达波形设计方法。结合雷达系统的信号处理流程,建立了基于复合模糊函数的波形设计参数化模型,以表征雷达探测性能的发射信号集复合模糊函数和表征抗欺骗干扰的正交性来优化设计雷达波形,在保证了雷达探测性能的前提下,兼顾了抗干扰性能。该优化波形同时具有一定范围的多普勒不敏感的特性。天基TDM-MIMO雷达系统各发射阵元依次发射或跳变发射正交波形,所有接收阵元接收回波信号,回波信号经过信号处理流程之后实现了目标的检测。仿真试验验证了优化波形的有效性和可行性,适用于天基TDM-MIMO雷达探测高速空间目标的实际工程应用。     

波形分集阵列新体制雷达研究进展与展望

传统雷达存在主瓣欺骗式干扰难抑制、距离模糊杂波难分离等问题。一方面,由于增加了发射维自由度,波形分集阵列新体制的提出改变了雷达获取信息的方式。另一方面,通过灵活的系统设计和信号处理方法,增强了信息提取能力,在抗干扰、检测等方面比传统相控阵、MIMO雷达有明显的性能提升。该文总结了波形分集阵列雷达的国内外最新研究进展,分别从频率、时间和相位调制方式给出阵列分集体制的基本概念,并对波形分集阵列雷达的研究趋势进行了梳理。在现有基础理论和关键技术研究的基础上,验证波形分集阵列在提供目标新信息、增加系统额外可控自由度方面的优势,提升了新体制雷达的多维探测能力。      

MIMO天波雷达非连续谱正交相位编码波形设计

为提高MIMO天波雷达的发射波形的距离分辨力,以减小检测单元尺寸,改善信杂比和目标定位精度,针对MIMO天波雷达工作环境恶劣,干扰较多,寂静频带非连续的情况,用几个不连续的寂静频带来合成大的有效带宽,给出了两种非连续谱条件下正交相位编码波形的设计方法。采用产生满足特定频谱约束的相位编码信号的循环迭代算法生成,利用算法对初值的敏感性,设定不同随机初值,即可生成一组发射波形,仿真证明了该方法的有效性。通常谱约束越强,波形性能（自相关、互相关和分辨力等）越差,调节谱约束的强弱,即可得到满意的正交相位编码波形,所设计的波形充分利用了频谱资源,大幅提高了发射波形的距离分辨力。      

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。      

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。     

Designing the focused and wide beam pattern in linear and planar phased‐MIMO radar considering the antennas' overlap

Phased‐array multiple‐input multiple‐output (MIMO) radar is a new method for collocated MIMO radar, benefiting from its advantages without losing the coherent processing gain considered the main feature of phased‐array radars. In this method, the whole array is divided into several overlapping subarrays; then a waveform is allocated to the antennas of each subarray, which are orthogonal to other subarray's waveforms. In order to obtain a desired beam pattern, appropriate weighting coefficients for each subarray should be designed. This study aimed to design the phased‐MIMO radar's weighting coefficient matrix in two modes: In the first mode, the aim is to design a beam pattern, which has the maximum value in direction of the desired targets. In the second mode, a desired beam pattern is defined, and the coefficients should calculated in such a way that the obtained pattern be as much as possible compatible with the desired patter. In the two modes, the design, at first, is accomplished for linear array and then is extended to the planar array. Moreover, the impact of subarrays' overlap and the power constraints is investigated. The proposed methods, in special cases, are applicable in MIMO and phased‐array radars, too.     

基于防撞雷达的分集相控阵设计方法

常规相控阵雷达通过移相发射空间合成的相参信号形成能量聚集的天线方向图,由于收发天线复用因此所合成的天线孔径要低于收发分置的MIMO雷达。该文首先通过理论推导MIMO雷达在探测性能上和相控阵雷达的一致性及区别,指出MIMO雷达的实质优势在于发射波束的数字赋形。然后设计一种基于防撞雷达的分集相控阵,发射端采用相控体制,接收端采用DBF数字波束形成,通过分析移相器位数对该雷达性能的约束,证明在指定波束指向上该雷达在避免产生正交信号的前提下能达到和MIMO雷达相同的虚拟孔径性能。最后通过计算机仿真,验证该方法的有效性和可行性。采用该雷达体制在保证合成波束宽度的前提下,能有效降低接收通道数,从而有效降低雷达成本并提高通道一致性。     

基于自适应分区的非平稳杂波抑制方法

对于非正侧视阵机载雷达,杂波在近程表现出严重的非平稳性,在距离模糊情况下近程微弱目标和近程非平稳强杂波混叠,导致传统空时自适应处理（Space-Time Adaptive Processing,STAP）方法的运动目标检测性能严重下降。为了解决该问题,本文提出了一种基于自适应分区和正交投影的机载雷达非平稳杂波抑制方法。首先,基于回波数据在距离-多普勒域将机载雷达回波自适应划分为非平稳杂波区、平稳杂波区和清晰区,然后在非平稳杂波区采取俯仰维正交投影级联STAP处理,在平稳杂波区采取传统STAP处理,在清晰区采取传统PD处理。该方法能够显著提升机载雷达在全距离和全速度域的目标探测性能。仿真实验验证了所提方法的有效性。