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雷达信号模型

介绍了为改善雷达性能的一种新概念雷达模型,即多输入多输出(MIMO)雷达,他利用了目标雷达截面积(RCS)在方位上的闪烁。描述了多功能数字阵列雷达如何在常规和MIMO模式下工作的情况。用数字阵列实现强聚焦发射波束(如用于跟踪)和宽的发射照射波束(如用于搜索)。最后试验验证了全景MIMO阵列的优势性能,并给出了MIMO雷达的发展前景。     

MIMO天波超视距雷达正交信号设计研究

多输入多输出雷达(MIMO Radar)体制综合采用多通道、等效发射波束形成技术,为天波超视距雷达(OTHR)面临的杂波多普勒扩展提供了一条有效的解决途径。具有良好的自相关性能和低互相关电平的正交波形集是MIMO雷达体制应用的关键。从信号处理的角度出发,利用互模糊函数对正交频分线性调频信号(OFD-LFM)的互相关峰值幅度及位置进行了分析,给出了正交信号的设计规律,仿真实验验证了分析的正确性。     

基于协方差矩阵的MIMO雷达离散编码设计

MIMO雷达相对于传统的相控阵雷达,可以更自由地选择发射波形来匹配所需要的发射方向图。文中首先给出了一个带有限制条件的优化问题以寻找发射信号的协方差矩阵,从而能够在空间匹配理想的方向图,接着建立了一组恒模的二相离散序列来匹配已有的协方差矩阵,并将这种方法推广到多相码设计中,并对实验结果进行了详细分析。     

双基地MIMO雷达目标快速定位算法

基于多级维纳滤波器（MSWF）的双基地多输入多输出（MIMO）雷达定位算法,能够有效的降低计算复杂度,但是会带来信号子空间的扩展问题,降低算法性能。因此本文提出了一种新的目标快速定位算法。首先根据MSWF的自相关模值的特点确定需要的MSWF级数,得到扩展子空间;其次利用ESPRIT方法得到目标的初始发射角（DOD）和接收角（DOA）,最后利用判别准则从初始目标角度得到真实目标角度,并完成目标收发角度的配对。算法不需要特征值分解,计算复杂度较低,并且充分利用了扩展子空间,具有更高的角度估计性能。      

超宽带多发多收雷达系统的信号源设计及实现

多发多收超宽带雷达和通信系统是当今研发热点,国内外多有相关报道,而信号源的设计及实现是其关键技术之一。目前用扩频模块来实现GHz 脉冲信号的信号源,结构复杂、成本高。对此,设计和制作了一款由可编程逻辑器件FPGA 和DDS 芯片组成并产生GHz 脉冲信号的信号源,其核心是ADI公司的DDS芯片AD9914和Xilinx公司的Kintex-7系列FPGA芯片作控制芯片,此信号源获得了高达1.4 GHz的大带宽多通道同步雷达脉冲信号,频率切换时间达到ns级,且频率、相位和幅值都可控,其性能在国内具有先进性,并具有实际应用价值。     

MIMO雷达中的信号检测

常规雷达系统越来越难于应对日益迫近的空间目标和隐身目标,MIMO雷达已成为一个发展方向。针对运动目标,本文深入分析了充分统计量的概率密度函数,讨论了四种工作模式的内涵,研究了MIMO雷达工作于四种工作模式时的检测模型、方法及性能改善。通过理论和仿真分析,建议MIMO雷达系统采用单发多收工作模式,并且,接收站数量建议取4至6。     

MIMO雷达信号处理半实物仿真系统的设计与实现

多输入多输出(MIMO)雷达是一种新体制雷达,信号处理是其核心技术之一。为了实现MIMO雷达从理论研究到工程实现的跨越,针对MIMO雷达技术研究缺乏平台支撑的问题,研发了MIMO雷达信号处理半实物仿真系统。文中提出了系统总体设计方案,介绍了系统的功能和组成,给出了关键技术的实现路线,包括硬件和软件的设计方法,阐述了系统的工作模式。该系统可以很好地验证MIMO 雷达信号处理方法和相关算法的正确性。     

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.     

干扰背景下MIMO雷达部分相关信号设计

在干扰背景下,集中式MIMO雷达可以通过设计发射波形提高系统的输出信干噪比,然而优化后的波形通常会具有较高的自相关旁瓣,降低了接收机对弱目标的检测性能。该文提出一种干扰背景下MIMO雷达部分相关信号设计方法。该方法在兼顾发射信号峰均比(PAPR)的同时,在发射天线对正交恒模波形进行加权处理,并以最大化接收机系统的输出信干噪比为准则建立目标函数,给出一种基于拟牛顿法的连续优化算法求解目标函数,获得最优加权,使得系统的输出信干噪比得到提升。仿真结果表明,该方法能够有效地抑制干扰,并可自适应地将发射信号能量辐射向目标方向,提高系统输出信干噪比。     

MIMO雷达信号的盲源分离技术

针对MIMO雷达的信号特点,采用了一种多角度的雷达侦察方法,从不同的方位获取同一部雷达的独立信号样本。并在此基础上,运用主分量分析方法估计信号波形个数,运用独立分量分析的盲源分离方法分离出MIMO雷达信号的各个正交分量,最终以正交频分线性调频信号为例,在信噪比为0 dB的情况下对该信号进行了仿真分析,其结果验证了该方法的有效性。     

对MIMO雷达信号测频效果比较

为了测试典型雷达对抗侦察接收机对多输入多输出(MIMO)雷达信号的测频效果,首先分析了MIMO雷达信号的特点,建立了信号模型,然后分析了4种典型接收机对MIMO雷达信号侦察的处理过程,最后对几种接收机的侦察效果进行了仿真对比。     

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。     

一种基于信道估计的MIMO雷达空时信号设计方法

多输入多输出雷达的新颖之处在于它利用空间分集和波形分集来改善雷达的性能。合理的波形设计可以更好地实现空间分集,该文在杂波统计特性已知的条件下,提出了一种基于信道参数估计的MIMO雷达空时信号设计方法。该方法在推导出信道参数的线性贝叶斯估计之后,通过最小化贝叶斯估计均方误差的方法来优化发射信号。该方法设计的优化信号为杂波协方差矩阵的函数,论文从信息论的角度验证了该结论的正确性。仿真结果表明MIMO雷达发射该方法设计的信号可改善目标的检测性能。     

基于改进正弦余弦算法的MIMO雷达相位编码信号集设计

针对MIMO雷达相位编码信号集的优化设计问题,提出一种改进正弦余弦优化算法.该算法通过引入Lévy飞行,扩大对目标点位置的搜索范围,防止陷入部分最佳;并设置控制参数,提高收敛速度,均衡全局搜索和局部搜索能力;借鉴粒子群算法的权重思想改变自适应更新方程,提高收敛精度,从而达到寻求最佳结果的目的.基于改进正弦余弦优化算法不...     

一种MIMO雷达非高斯杂波中的信号分离方法

针对传统匹配滤波方法对非高斯相关杂波下MIMO雷达信号分离性能下降的问题,本文基于线性约束最小功率波束形成器原理,给出了一种适用于非高斯相关杂波条件下的MIMO雷达自适应信号分离算法。该方法将需要分离的发射信号以外的信号和相关杂波作为干扰,利用接收信号的分数低阶统计量在线性约束最小功率准则下导出了滤波器权系数,实现了非高斯相关杂波中对信号实时有效的分离。最后采用本文方法在SG-Alpha稳定分布杂波背景下进行了仿真实验,结果表明,本文方法可有效实现非高斯相关杂波中的MIMO雷达信号分离。      

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。     

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。     

基于知识辅助的MIMO雷达波形设计方法

该文针对雷达系统受到天线主瓣和副瓣杂波以及强干扰影响时性能下降问题,提出基于距离扩展目标和杂波先验信息的MIMO雷达波形设计方法。首先建立了目标函数,综合考虑了波束主瓣增益、旁瓣杂波抑制能力以及目标输出SCNR的改善性能;然后在优化问题求解中对约束条件进行松弛,使得波形矩阵空域和时域2维解耦合,从而实现空域波束形成和时域波形设计独立优化求解;其次利用L-BFGS算法设计恒模的发射波形矩阵,形成低副瓣的波束方向图和较深的强杂波抑制凹口,并基于目标输出SCNR最大化准则,利用迭代算法分步求解优化的主瓣发射波形和接收滤波器;最后通过电磁仿真的距离扩展目标数据验证所提算法的有效性。     

双基地MIMO雷达相干目标的角度快速估计算法

针对双基地多输入多输出（MIMO）雷达定位的实时性问题,提出了一种基于Toeplitz矩阵的目标快速定位算法。双基地MIMO雷达接收的信号往往是相干的,因此无法直接应用角度估计算法。首先通过接收的数据得到一组Toeplitz子矩阵,利用这组子矩阵重构得到协方差矩阵,其秩等于目标个数,达到解相干的目的。采用改进多级维纳滤波器（MSWF）的前向递推,不需要通过特征值分解,得到信号子空间,结合ESPRIT算法,估计出目标的发射角度（DOD）和接收角度（DOA）。算法通过构造Toeplitz矩阵解相干,仅改变矩阵结构,降低了计算复杂度,具有较好目标分辨力和解相干能力。