基于SQP 算法的MIMO 雷达波形设计与工程实现

为了有效利用MIMO 体制雷达的波形分集能力,需要对雷达发射波形进行正交性设计,从工程实现 的角度出发,针对MIMO 雷达发射信号的正交性要求,利用序列二次规划方法设计正交相位编码信号波形。通过仿 真分析,重点研究了信号数量、码长对波形正交性能的影响以及波形与雷达发射方向图之间的关系,验证了该方法 的有效性和优异性,并与经典的遗传算法进行了仿真比较,最后依托波形产生系统完成了波形的工程实现,并且成 功应用到了雷达系统中。结果表明,采用该方法能够获得较低的自相关旁瓣峰值和互相关峰值,设计出符合雷达系 统要求的正交波形。     

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。     

空间分集MIMO雷达的DOA估计新方法

多输入多输出(MIMO)雷达分布式布阵获得空间分集增益,但DOA估计是一个难题。该文分析了DOA估计的旁瓣一致现象,从空间分集MIMO雷达信号模型出发,推导了发射正交PCM信号,在接收端匹配滤波信号分选构造虚拟子阵的过程,提出了一种谱值优选算法进行空间分集MIMO雷达DOA估计。该算法得到目标在各子阵的最优估计,在发射端获得空间分集增益抑制目标闪烁的同时,在接收端进行稳健的多目标波达方向超分辨估计。最后仿真实验与相控阵进行了比较,表明了该算法的有效性,以及抑制目标闪烁改善DOA估计的能力。      

MIMO雷达正交相位编码信号设计及分析

针对MIMO雷达发射正交波形的要求,提出一种采用相位编码设计MIMO雷达信号的方法。该方法采用遗传优化算法,设计产生一组正交相位编码信号,并分析该组信号的自相关和互相关特性。文章最后分析了采用正交相位编码信号设计MIMO雷达信号存在的一些问题。     

MIMO雷达分组正交波形集优化设计方法

在现代电子对抗中,数字射频存储(DRFM)设备能够快速截获机载脉冲多普勒雷达信号,能够实现对多输入多输出(MIMO)雷达的干扰。MIMO雷达可基于多组相互正交的波形集来对抗DRFM干扰。同时,为最大化MIMO雷达波形分集增益,每个脉冲内发射的波形也需要正交。为了平衡组内和组间的正交性,文中建立了一种分组正交波形集优化模型,其目标函数为组内和组间相关函数性能评估指标值的加权和;为了求解该优化问题,提出了一种分组正交波形集设计方法。所提方法将原优化问题简化为p-范数优化问题,基于MM算法导出了最小化目标函数的迭代求解表达式。仿真结果表明,所提方法可通过改变权重系数来灵活平衡MIMO雷达的干扰抑制性能和距离压缩性能。     

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。     

MIMO雷达波形设计方法综述

MIMO雷达是一种新兴的有源探测技术,波形分集能力赋予MIMO雷达潜在的探测能力,使得波形设计成为一项重要研究内容.文中综述了MIMO雷达的波形设计方法,重点探究了正交波形设计、发射方向图匹配设计、发射信号波形合成等方法,并指出了MIMO雷达波形设计下一步的研究方向.     

集中式MIMO雷达研究进展：正交波形设计与信号处理

集中式多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）雷达通常利用正交波形增加发射波形自由度,采用数字阵列拓展空间收发自由度,使得雷达接收机的天线孔径获得明显扩展,最终带来空间分辨率、测角精确度、杂波抑制能力等大幅度提升。但是,这些性能提升的前提是发射波形具有正交特性。事实上,在实际应用中,在不牺牲时域/频域资源情况下,受限于时宽带宽积,无法获得完全正交的波形集合,从而限制了MIMO雷达系统性能。本文对集中式MIMO雷达正交波形复用的技术原理进行了系统回顾,分别归纳了三种快时间发射波形设计方法：时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）、码分复用（Code Division Multiplexing,CDM）和频分复用 （Frequency Division Multiplexing, FDM）,以及两种慢时间发射波形设计方法：多普勒分复用（Doppler Division Multiplexing,DDM）和随机相位编码波形,并对其优缺点进行对比。同时,对快时间MIMO和慢时间MIMO的信号处理流程进行归纳综合,给出基于匹配滤波的集中式MIMO雷达统一信号处理框架。为了展示不同波形对成像性能的影响,本文给出了基于三维匹配滤波的MIMO雷达成像结果。最后,结合实际应用问题,指出当前MIMO雷达面临的技术难点和发展趋势。     

波形具有任意相关性时MIMO雷达的检测性能

基于Neyman-Pearson准则,研究了空间分集MIMO(多输入多输出)雷达发射波形相关时的自、互相关旁瓣对MIMO雷达检测性能的影响.首先,分析了波形的相关性,导致了在空间上和时间上的白高斯噪声变为相关色噪声,同时,使得接收的回波信号具有一定的相关性,影响了空间分集的效果;然后,通过理论分析得到了MIMO雷达在波形具有任意相关性时的检测概率和虚警概率的解析表达式.通过数值计算,得到如下结论:与发射正交波形相比,在高信噪比(SNR)工作时,M1MO雷达波形相关时的自、互相关旁瓣使得MIMO雷达的检测性能下降;在低SNR时,波形的相关性能够改善检测性能;波形的低自、互相关旁瓣对MIMO雷达的检测性能影响不大.     

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。     

正交频分LFM信号的MIMO雷达的匹配滤波技术

MIM0雷达是一种全新体制的雷达技术,在其接收端利用发射端全向发射正交信号的原理,通过匹配滤波技术恢复每个发射信号分量,确保信号之间保持良好的正交性是MIMO雷达实现的关键。首先给出了相参MIM0雷达的信号模型;然后分析了正交频分线性调频信号的互模糊函数,并对互相关峰值电平出现的位置和幅度进行了分析,推导出了MIM0雷达相邻发射信号之间频率间隔所需满足的条件和相参MIM0雷达匹配滤波技术的数学模型;最后通过仿真实验证明了理论分析的正确性,而且仿真实验还表明：在正确设计MIM0雷达发射信号的条件下,噪声电平对匹配滤波技术的影响远大于自相关旁瓣电平和互相关峰值。     

一种对MIMO雷达的侦察方法

多输入多输出（MIMO）雷达作为一种新体制雷达,在低截获概率和抗干扰等方面具有优异的性能。介绍了MIMO雷达的分类和共址MIMO雷达的特点,讨论了对共址MIMO雷达进行侦察的方法,对其信号的特性做了仿真分析。     

一种对MIMO雷达侦察识别的新方法

多输入多输出（MIMO）雷达作为一种新体制雷达,能够利用分集技术来改善雷达的性能。介绍了MIMO雷达的特点和常规的雷达信号分选方法,分析了它们对MIMO雷达信号进行分选的适用性,提出了一种采用奇异值分解和盲信号处理的方法对MIMO雷达进行侦察识别,通过仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于随机步进频信号的MIMO波形设计和成像方法

基于MIMO雷达系统的宽带雷达成像是空间感知领域一个很有前景的研究方向.波形设计是宽带MIMO雷达系统需要解决的首要问题.对于MIMO宽带信号一般要求各雷达发射信号相互正交且自相关函数具有窄的主瓣和低旁瓣特性.文中详细分析了随机步进频信号自相关函数的统计特性,证明大的步进频数利于MIMO雷达成像,进而提出了一种基于遗传算法的MIMO波形设计方法,该算法中利用随机频率编码矩阵生成遗传算法的初始种群.最后将所设计的波形用于MIMO雷达成像的仿真实验,其结果证明了文中的波形设计方法可以有效降低MIMO雷达系统中不同通道之间的相互干扰,利于雷达成像.     

Esprit算法在单基地MIMO雷达中的应用

多输入多输出（MIMO）雷达是近年来提出的一种新体制雷达,由于发射正交信号,不同位置目标的回波信号相互独立,因此在DOA估计和目标分辨方面,比传统雷达具有较大优势。文中将Esprit算法应用于单基地MIMO雷达系统中,并对两种结构的MIMO雷达分别进行一维和二维DOA估计,仿真证明了算法的优越性。     

MIMO雷达非均匀布阵的性能分析

多输入多输出（MIMO）雷达是一种新体制雷达,它在发射端发射正交信号,从而产生虚拟阵元,扩大阵列孔径,在DOA估计、参数识别等方面的性能较相控阵雷达有很大提高。而目前有关MIMO雷达中虚拟阵元的讨论都以均匀线阵（ULA）为基础,并与相控阵雷达的性能进行比较。丈中在ULA的基础上,研究了非均匀线阵（NLA）,研究结果表明,非均匀线阵产生了更多的有效虚拟阵元,与相控阵雷达和ULA布阵MIMO雷达相比．具有更多的空间自由度、更好的克拉关·罗界和更好的DOA性能。     

集中式相参MIMO雷达抗有源干扰能力研究

针对集中式相参MIMO雷达的抗干扰能力进行了研究。分析了MIMO雷达的抗侦察截获、抗信号分选以及抗副瓣干扰能力,同时对比了传统相控阵雷达的抗干扰能力。基于雷达截获方程,对比了MIMO雷达与传统相控阵雷达主瓣/副瓣的抗侦察截获能力。分析了MIMO雷达发射正交波形合成信号的时空伪随机特性。对比了不同阵列构型的MIMO雷达对抗不同类型的副瓣干扰的能力。利用理论公式推导和仿真试验,验证了上述结论的正确性。      

On Probing Signal Design For MIMO Radar

A multiple-input multiple-output (MIMO) radar system, unlike a standard phased-array radar, can choose freely the probing signals transmitted via its antennas to maximize the power around the locations of the targets of interest, or more generally to approximate a given transmit beampattern, and also to minimize the cross-correlation of the signals reflected back to the radar by the targets of interest. In this paper, we show how the above desirable features can be achieved by designing the covariance matrix of the probing signal vector transmitted by the radar. Moreover, in a numerical study, we show that the proper choice of the probing signals can significantly improve the performance of adaptive MIMO radar techniques. Additionally, we demonstrate the advantages of several MIMO transmit beampattern designs, including a beampattern matching design and a minimum sidelobe beampattern design, over their phased-array counterparts.     

Spatial diversity in radars-models and detection performance

Inspired by recent advances in multiple-input multiple-output (MIMO) communications, this proposal introduces the statistical MIMO radar concept. To the authors' knowledge, this is the first time that the statistical MIMO is being proposed for radar. The fundamental difference between statistical MIMO and other radar array systems is that the latter seek to maximize the coherent processing gain, while statistical MIMO radar capitalizes on the diversity of target scattering to improve radar performance. Coherent processing is made possible by highly correlated signals at the receiver array, whereas in statistical MIMO radar, the signals received by the array elements are uncorrelated. Radar targets generally consist of many small elemental scatterers that are fused by the radar waveform and the processing at the receiver, to result in echoes with fluctuating amplitude and phase. It is well known that in conventional radar, slow fluctuations of the target radar cross section (RCS) result in target fades that degrade radar performance. By spacing the antenna elements at the transmitter and at the receiver such that the target angular spread is manifested, the MIMO radar can exploit the spatial diversity of target scatterers opening the way to a variety of new techniques that can improve radar performance. This paper focuses on the application of the target spatial diversity to improve detection performance. The optimal detector in the Neyman-Pearson sense is developed and analyzed for the statistical MIMO radar. It is shown that the optimal detector consists of noncoherent processing of the receiver sensors' outputs and that for cases of practical interest, detection performance is superior to that obtained through coherent processing. An optimal detector invariant to the signal and noise levels is also developed and analyzed. In this case as well, statistical MIMO radar provides great improvements over other types of array radars.