多载频FMCW在MIMO雷达中的应用研究

 介绍多载频MIMO雷达的特点和工作原理,对多载频线性调频连续波(FMCW)信号及其回波进行了分析,并详细论述了MIMO雷达中静止目标和运动目标情况下多载频FMCW信号处理方法以及其中的一些关键问题,如通道分离滤波器的设计、距离分辨率分析、速度补偿精度分析、相参积累周期数的选取等.针对该体制雷达各发射天线间载频不同的特点,提出了采用IFFT相参合成的方法来精测目标距离,获得距离高分辨,具有运算速度快、受目标运动影响小的优点;对运动目标情况下距离多普勒的耦合问题进行了详细分析,并提出了利用相参积累进行补偿的解决方案.     

双基地多载频FMCW雷达目标加速度和速度估计方法

双基地多载频FMCW雷达采用稀布阵发射多载频FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)信号,阵列接收目标回波。受速度和加速度的调制,机动目标回波多普勒频谱展宽,导致雷达检测性能下降。该文分析了双基地多载频FMCW雷达的信号模型,提出将多项相位变换和相位差法结合来实现目标加速度和速度高精度估计的方法。分析了该方法在不同数据分段情况下的性能。仿真结果表明,该方法能够以较小的运算量对目标加速度和速度进行高精度估计。     

多载频MIMO雷达的一种新的信号处理方法

多载频MIMO雷达(Multi-Carrier MIMO radar)是指利用频率分集和空间分集的方法来实现发射信号正交的具有多个发射和多个接收天线的雷达系统,该文研究了该体制雷达基于Dechirp处理实现距离高分辨的方法,分析了IFFT相参合成法以及伪峰产生原因,提出了一种新的处理方法空域合成带宽法,它将空域分散发射的多载频LFM信号,先做Dechirp处理,然后再将通道分离后的各路信号顺序时移拼接合成一个大带宽的LFM信号,最后再对合成后的信号做IFFT处理以获得高分辨距离信息。它实现简单,能够在不增加运算量的条件下有效的抑制伪峰,并受目标运动影响小,计算机仿真验证了这些结论。     

MIMO双基地雷达空间多目标定位方法

该文提出了一种L型阵列配置MIMO双基地雷达空间多目标定位方法。该方法利用L型接收阵列所包含的相对发射阵和接收阵的目标4维角度信息,先对接收信号进行解相干处理,然后根据DOA矩阵法的思想构造估计矩阵,通过特征参数与待估参数之间特定关系,导出了多目标4维角度联合估计算法公式,进而实现双基地雷达的空间多目标定位。该算法不涉及多维非线性谱峰搜索,只需一次特征值分解,计算量较小,且估计出的参数可自动配对。仿真结果表明了该文算法的正确性和可行性。     

基于联合对角化的MIMO雷达近场目标定位

目标定位经典算法有很多,但大多不能直接适用于MIMO雷达近场目标定位,而现存的单基地MIMO雷达近场目标定位算法很少。为了解决这个问题,提出了一种基于联合对角化的MIMO雷达近场多目标定位算法。该算法使用十字形收发阵列,利用接收信号的协方差矩阵构造新的矩阵,灵活运用联合对角化算法得到发射角和距离估计值,再利用谱峰搜索得到接收角估计值。该算法和现有的MIMO雷达近场目标定位算法相比,精度高,无相位模糊问题,且参数能自动配对。仿真实验证明了算法的有效性。     

多载频MIMO雷达的空时超分辨算法

该文建立了多载频MIMO (Multi-Carrier-Frequency MCF-MIMO) 雷达的信号模型,指出信号预处理后在接收端形成一个阵元数为NtNr的等效阵列(Nt, Nr分别为发射和接收阵元数),推导出窄带情况下导向矢量是发射和接收导向矢量的kronecker积,并针对该特点提出了采用空时2维MUSIC方法来实现距离和角度的超分辨,从而提高在多目标环境中目标距离以及角度的估计精度。推导了距离和角度估计的Cramer-Rao界,并仿真研究了估计性能与信噪比、快拍数和波达方向的关系,最后给出了面阵情况下3维空时超分辨的仿真结果,验证了该算法在面阵多维情况下的有效性。     

一种有效的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法

发射信号的分离是MIMO雷达的一个重要环节,该文基于最小均方误差准则,提出了一种有效的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法,从每个接收阵元接收到的信号中分别自适应地估计每个距离单元的脉冲压缩滤波器的权系数,从而获得期望的脉冲压缩性能,更好地完成发射波形的分离。该方法不仅能够抑制信号本身的距离旁瓣,降低信号之间的互相关电平,还对目标本身的多普勒频率具有很强的适应性。计算机仿真验证了该方法的有效性。     

超近程雷达高速目标运动补偿方法

针对超近程雷达的高速目标探测问题,提出了一种距离速度解耦合与运动补偿的新方法。通过采用单载频与线性调频连续波(CW+LFMCW)信号组合形式,由CW差拍信号测量目标的无模糊速度,再根据速度估计值对LFMCW差拍信号进行运动补偿得到目标的距离信息,实现了高速目标距离速度解耦合与运动补偿。仿真结果验证了该方法的有效性。     

双基地分布式阵列MIMO雷达的DOA和DOD估计方法

结合分布式阵列和双基地多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷达的特点, 提出了一种新的双基地分布式阵列MIMO雷达的接收角(Direction of Arrival, DOA)和发射角(Direction of Departure, DOD)估计方法.根据发射阵列和接收阵列的空域旋转不变特性, 利用旋转不变估计技术(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, ESPRIT)获取无模糊DOA粗估计和高精度周期性模糊的DOA、DOD精估计; 再利用无模糊DOA粗估计、目标的双基地距离信息以及双基地MIMO雷达的几何特点, 解除DOA、DOD精估计的周期性模糊, 得到高精度且无模糊的DOA和DOD估计.最后, 根据ESPRIT算法原理和估计误差的概率统计特性进行算法的性能分析, 给出算法基线模糊门限的近似计算方法.该算法有效地放宽了发射阵列孔径扩展程度的限制, 从而提高了阵列在大孔径下的角度估计精度, 且能够实现DOA和DOD估计的自动配对.仿真结果验证了所提算法和性能分析方法的有效性.     

一种新的双基地MIMO雷达目标定位和多普勒频率估计方法

该文提出了一种新的双基地MIMO雷达目标定位和多普勒频率估计方法.该方法利用矩阵的双正交性构造合理的代价函数,通过迭代求解代价函数和系统化的多阶段分解依次估计每个目标的2维方位角和多普勒频率.仿真结果表明,与基于ESPRIT的方法相比,该文方法能够估计目标的多普勒频率,消除了雷达发射信号不满足理想正交对目标定位精度的影响并且在发射和接收阵列不具备平移不变结构的条件下仍具适用性.     

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。     

APES算法在MIMO雷达参数估计中的稳健性研究

 多输入多输出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)雷达用多个发射天线同时发射多个独立信号照射目标,并使用多个接收天线接收目标回波信号.本文研究了MIMO雷达中参数估计的稳健性问题.本文应用幅度相位估计(APES,Amplitude and Phase EStimation)技术,利用目标的方位角最大似然估计值,得到了衰落向量的APES估计算法.考虑到方位角估计的不准确性,借鉴稳健的Capon波束形成器的设计思想,本文推导了衰落向量的稳健的APES估计算法.仿真实验表明,衰落向量的APES算法与稳健的APES算法性能十分接近.因此,衰落向量的APES估计算法是稳健的.     

基于三进制互补序列的MIMO雷达

多输入多输出雷达利用多个发射天线发射独立信号及多个天线接收回波信号,对回波信号进行分离。优化发射信号的设计,可以较大程度地提高MIMO雷达性能。二进制扩频信号虽然容易构造,但其互相关和自相关旁瓣较高。三进制互补集序列具有良好的相关特性,距离旁瓣为零,可用于目标成像。     

Improved MIMO radar GMTI via cyclic-shift transmission of orthogonal frequency division signals

Minimum detectable velocity (MDV) and maximum detectable velocity are both important in ground moving target indication (GMTI) systems. Smaller MDV can be achieved by longer baseline via multiple-input multiple-output (MIMO) radar. Maximum detectable velocity is decided by blind velocities associated with carrier frequencies, and blind velocities can be mitigated by orthogonal frequency division signals. However, the scattering echoes from different carrier frequencies are independent, which is not good for improving MDV performance. An improved cyclic-shift transmission is applied in MIMO GMTI system in this paper. MDV performance is improved due to the longer baseline, and maximum detectable velocity performance is improved due to the mitigation of blind velocities via multiple carrier frequencies. The signal model for this mode is established, the principle of mitigating blind velocities with orthogonal frequency division signals is presented; the performance of different MIMO GMTI waveforms is analysed; and the performance of different array configurations is analysed. Simulation results by space–time–frequency adaptive processing proves that our proposed method is a valid way to improve GMTI performance.     

基于数据融合的MIMO雷达抗欺骗干扰算法

多输入多输出雷达与传统相控阵雷达不同,可发射多个相关或相互正交信号,因此可获得更优性能。欺骗干扰的功率需求低、干扰效果逼真,需研究针对其的抗干扰技术。MIMO雷达在面临非组网欺骗干扰时,使用多正交信号可导致欺骗式目标散焦,但在高干信比条件下,仍会存在虚警目标。提出了一种基于不同信号对间交叉模糊函数起伏不同的虚警目标消除算法。该算法基于遗传算法产生相互正交的二相编码信号作为发射信号,对不同编码信号的回波图像实施恒虚警检测,通过数据融合,对各图像中检测到的目标作相关处理并完成真假鉴别,彻底消除了雷达受到的欺骗干扰。分析了MIMO雷达面临欺骗干扰时的抗干扰效能。仿真结果证明该算法可有效抑制非组网欺骗干扰,对提高雷达抗干扰效能有重要意义。      

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。     

集中式MIMO雷达多模式一体化波形设计

集中式多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达系统基于波形分集优势，可灵活改变发射方向图形状和指向方向空间合成信号的特性，从而实现多种雷达工作模式。提出了一种集中式MIMO雷达多模式一体化波形设计方法，采用方向图模板拟合、模糊函数模板拟合以及通信波形拟合的方式优化不同方向上的合成信号，使其具有不同特性，从而在单脉冲时间内实现搜索、跟踪和通信功能。采用最大块增量优化算法对构造的恒模四次多项式优化模型求解。实验结果表明，该方法可以得到具有低旁瓣模糊函数的搜索与跟踪波形，并且满足通信需求。     

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。     

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.