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。     

二维相控阵-MIMO雷达联合发射子阵划分和波束形成设计方法

为了有效地抑制干扰信号并进一步提高雷达系统的性能,该文提出一种基于2维相控阵-MIMO雷达的联合发射子阵划分和波束形成设计方法。该方法首先将MIMO雷达系统的发射阵列等分成一定数目的非重叠子阵并给每个天线分配相同的发射能量,以确保发射信号具有恒模特性;其次,在一定的约束条件下,以最大化接收波束形成器的输出信干噪比为准则建立关于子阵结构、每个子阵对应的发射波束形成权矢量以及接收波束形成权矢量的优化模型,并采用循环迭代方法进行求解。仿真结果证实了所提方法的正确性和有效性。

     

MIMO雷达稳健的发射波束形成算法

针对发射导向矢量存在未知误差的问题,该文提出了一种MIMO雷达稳健的发射波束形成算法(Robust Transmitting Beamforming, RTB)。该算法在稳健的接收波束形成算法的基础上,以最大化最差情况输出信干噪比为优化准则,对发射导向矢量误差做稳健的发射波束形成。RTB算法属于对角加载方法。仿真结果表明,相比于已有算法,RTB算法的稳健性更好、计算复杂度更低、收敛速度更快。     

双基地MIMO雷达发射波束形成与多目标定位

针对双基地多输入多输出(MIMO)雷达目标定位问题,首先提出一种子波束合成(SBS)算法进行发射波束形成,在此基础上提出一种基于并行因子分解(PFD)的多目标定位算法。SBS算法通过对多个发射信号分别加权形成子波束,在空间叠加使发射能量聚焦在感兴趣空域,提高了接收端信噪比。基于PFD的定位算法根据匹配滤波输出的代数结构,利用迭代算法和角度恢复算法估计目标发射角(DOD)和接收角(DOA),且能自动配对,同时避免了二维谱峰搜索、协方差矩阵估计和多次特征分解造成累积误差。结合以上两种算法可有效提高目标定位精度。仿真结果证明了所提算法的有效性和优越性。     

集中式MIMO雷达发射方向图快速设计方法

该文提出了任意发射方向图可以由一组基波束合成的思想。基于该思想,先对集中式 MIMO雷达阵列进行切比雪夫幅度加权构造出一组具有较低副瓣的基波束,然后利用线性规划来快速求解出构成方向图的基波束和其比例系数。与已有的半正定二次规划方法相比较,采用线性规划综合出来的发射方向图具有较低的空域副瓣和较小的空域互相关,并且计算时间较快。     

基于子阵的数字多波束形成技术研究

数字多波束技术具有在不影响天线增益的情况下增加系统空域覆盖范围的优点，因此在电子战领域受到很大关注。通过对基于子阵的数字多波束形成方法的分析、计算机仿真和性能分析，提出电子战系统采用此项技术的制约因素和需要解决的技术问题，工程实现时可以以此为参考，合理的使用基于子阵的数字多波束形成技术。     

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。     

基于发射波束域-三迭代的机载MIMO雷达STAP方法

针对传统机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)中由于发射功率分散而造成的输出信杂噪比(SCNR)下降的问题,该文提出一种基于发射波束域-三迭代的机载MIMO雷达STAP方法。首先建立了发射波束域MIMO雷达STAP的信号模型,并且给出了发射波束加权矩阵的优化设计准则,能够使发射功率聚集于感兴趣的目标空域。然后对发射波束域MIMO雷达的杂噪比(CNR)进行分析,表明其与发射总功率的关系,理论推导显示：相比于全向等功率发射的传统MIMO雷达CNR,发射波束域MIMO雷达CNR减小。同时,为进一步降低发射波束域MIMO-STAP的训练样本数需求与运算复杂度,采用三迭代算法进行权值降维求解。理论分析与仿真实验结果表明：通过相应的三迭代降维处理,发射波束域MIMO-STAP与传统全向等功率发射MIMO-STAP相比能够获取更加优越的输出SCNR性能,且运算量进一步降低。因此,本文提出的发射波束域-三迭代方法具有重要的工程应用价值。     

基于ADMM改进的低截获FDA-MIMO雷达发射波束设计

针对信号依赖性杂波与目标位于同一方向上的低截获问题,结合交替方向乘子法（ADMM）,提出了一种改进的频控阵MIMO雷达发射波束设计方法。该方法在保证每个天线上发射能量恒定和信杂噪比限制下,最小化目标区域（距离-方位）的能量辐射。首先,利用广义瑞利熵获得接收滤波器;然后,为了解决分式规划不等式约束的二次规划问题,利用辅助变量,并结合ADMM通过并行处理获得发射波束的优化解;最后,进一步研究了收敛性和计算复杂度。仿真显示,与半正定规划方法相比,所提方法能有效控制发射功率恒定,且很好地在目标处能量聚焦;另外,所提方法在杂波和干扰处形成了-50 dB以上的零陷,有效抑制了杂波和干扰信号。     

基于扩频信号的MIMO雷达波束形成研究

多输入多输出雷达使用多个发射天线发射独立的信号,使用多个天线接收回波信号,对回波信号进行分离,相当于形成一个大的虚拟阵列。这里使用二进制扩频码分多址信号作为不同发射天线的发射信号。由于编码相关产生的高旁瓣,传统距离压缩方法不能产生恰当的目标距离像。使用Capon波束形成方法来降低距离旁瓣,同时产生更高的角度分辨率,可用于对目标成像。     

波束形成网络中重叠子阵的设计

介绍了重叠子阵在波束形成网络中的作用和意义。对单元电路的幅相频率特性进行了理论分析。指出当单元电路的功分比相差悬殊时采用混合环定向耦合器更便于实现。首次提出了减小子阵网络相位色散的有效措施,给出了仿真和实验结果。     

基于盲波束形成的MIMO雷达稳健参数估计

多输入多输出（MIMO）雷达采用多发多收模式,不仅存在接收端阵列误差,同时又引入了发射端阵列误差,因此克服系统误差,保证信号处理的稳健性要比传统雷达更为困难。在接收端和发射端未知阵列流形下,本文利用目标的多普勒信息,用盲自适应波束形成器实现了MIMO雷达DOA-Doppler的稳健估计。仿真结果验证了该方法的有效性。     

最大化SINR 的MIMO 雷达发射协方差矩阵设计

对于由实际阵元功率放大器非线性特性引起的波形畸变问题,现有多输入多输出(MIMO)雷达发射协方差矩阵设计方法大都不能在解决的同时保证较高的输出信干噪比(SINR)。鉴于此,文中以最大化输出SINR 和保证MIMO 雷达高自由度为设计目标,结合二相编码(BPSK)波形满足恒模约束的特性,给出了一种满秩发射协方差矩阵,验证了提出的协方差矩阵可以用于生成BPSK 波形,并推导了其可获得的最大输出SINR。仿真结果表明,当干扰位置已知时,文中方法拥有较高的输出SINR,同时能够抑制更多的干扰。     

MIMO雷达波束综合技术研究

波束综合特别是等效发射波束的形成技术,是MIMO雷达区别于其他体制雷达的主要技术特点。通过对波束综合技术的研究和仿真,分析了波束综合技术的本质及其意义。仿真结果表明：波束综合技术的本质是为了增强回波信号的信噪比,弥补由于MIMO雷达发射信号在空间不能形成窄波束而带来的部分威力损失。     

MIMO雷达波束综合技术研究

波束综合特别是等效发射波束的形成技术，是MIMO雷达区别于其他体制雷达的主要技术特点。通过对波束综合技术的研究和仿真，分析了波束综合技术的本质及其意义。仿真结果表明：波束综合技术的本质是为了增强回波信号的信噪比，弥补由于MIMO雷达发射信号在空间不能形成窄波束而带来的部分威力损失。     

MIMO雷达双边约束自适应波束形成

提出基于虚拟阵列的MIMO雷达双边约束自适应波束形成算法.该算法将联合线性约束条件分解成两个线性约束条件的Kronecker积,分别计算接收和发射阵列的两组低维权值,并且从收、发阵列方向导向矢量间的映射关系出发,导出发射阵列权值的计算公式.与仅利用接收阵列的自适应波束形成算法相比,该算法在强干扰处的零值深度更深、角度分辨率更高;与联合约束自适应波束形成算法相比,计算的复杂度大大降低.仿真试验验证了算法的有效性.     

MIMO雷达波束综合研究

MIMO雷达是近年来出现的一项新的雷达技术,也是下一代雷达发展的主要方向之一.文章在简单介绍MIMO雷达的基本概念和工作过程后,主要研究了MIMO雷达的波束形成,利用MIMO雷达多个发射天线的多个发射信号的复相关矩阵进行分析,在R完全相关和完全正交的情况下,对MIMO雷达的波束形成进行仿真,同时对介于这两种情况下的波束形成优化问题进行了研究.     

平面数字阵列雷达的子阵级波束形成算法

大规模平面数字阵列雷达因为其优点得到广泛应用,但其全自适应处理实现困难,实际中广泛采用部分自适应处理,子阵结构就是其中的一种重要方法。该文针对有幅度加权的均匀平面阵,以各子阵噪声输出功率相等为原则进行非均匀邻接子阵划分,并通过归一化算法保证各子阵噪声功率相等,进而对平面阵子阵结构的波束形成性能进行了研究。计算机模拟仿真结果表明,该子阵结构的二维相扫和一维相扫的自适应方向图保形良好,可以达到与全自适应相接近的干扰抑制性能。     

相控阵雷达发射波束自适应零点形成方法研究

对相控阵雷达的发射波束自适应零点形成问题进行了研究.给出了一种适合发射波束自适应零点形成的性能量度,利用Lagrange乘子法得到了最优发射波束的权值矢量.还给出了计算最优权值矢量的算法.仿真结果表明本文的方法是非常有效的.     

基于发射波束域-平行因子分析的MIMO雷达收发角度估计

该文提出了基于发射波束域-平行因子分析的双基地MIMO雷达收发角度估计方法。针对传统MIMO雷达发射功率分散的问题,将发射功率聚集范围与期望发射方向矢量相结合,提出了发射波束加权矩阵的优化准则,并转化为二阶锥规划形式,通过内点法求出其数值解,进而利用平行因子分析(PARAFAC)算法估计出收发角度。仿真结果表明：离线设计得到的波束加权矩阵使发射功率聚集于感兴趣的目标空域,且近似服从均匀分布,因此,在发射功率和角度估计算法相同时,基于发射波束域的角度估计精度优于全向等功率发射时的角度估计精度。