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。      

分集通道相关时MIMO雷达的检测算法

多输入多输出(MIMO)雷达利用波形分集或空间分集提高雷达性能,目标回波散射系数是全相关或者独立完全取决于阵列系统配置。然而,在有些情况下,雷达阵列系统配置导致散射系数部分相关,从而使MIMO雷达的检测性能受到影响。针对上述问题,文中研究了基于尼曼-皮尔逊准则下分集通道相关时MIMO雷达检测算法,推导检测概率与虚警概率的近似解析表达式,分析了分集通道相关性对MIMO雷达检测的影响。仿真结果验证了该算法的有效性。     

MIMO雷达正交连续相位编码波形研究

正交波形设计是实现MIMO体制雷达波形分集能力的前提,其自相关函数旁瓣电平和互相关函数电平大小直接影响MIMO雷达波形分集的性能。对MIMO雷达波形的形式、优化算法的选择、波形设计的结果进行了研究,并和传统的多相码、遗传算法等进行了仿真比较。     

基于频率调制的多载波Chirp信号雷达通信一体化研究

为了减少电子战平台的体积和电磁干扰,一种有效的途径就是实现雷达与通信的一体化.该文针对雷达通信一体化信号设计中存在的不兼容和互干扰问题,根据信号能量共享的原则,提出了基于频分准正交多载波Chirp 信号的雷达通信一体化波形及其相应的系统实现方法.并采用宽带模糊函数对多载波一体化信号特性进行了详细分析,进一步研究了一体化信号的处理过程以及其系统性能.在均衡子载波准正交性和通信频谱效率下,通过理论分析和仿真结果表明在多载波频谱重叠率为20％的情况下,一体化信号能够满足雷达的常规探测,并且具有较低的误码特性.     

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。     

基于互信息的雷达通信频谱复用方法

针对雷达通信一体化的应用需求,本文提出了基于互信息的雷达通信频谱复用方法。首先,建立了雷达通信一体化系统的信号模型;其次,构建了基于互信息的雷达性能评价指标,并在此基础上以通信率为通信性能评价指标,建立了基于信息论相关理论基础的雷达通信一体化系统性能评价模型;接着,根据雷达接收信号与通信接收信号的频带复用程度将频谱分配模式分为传统频谱非复用和两种频谱复用模式,推导了雷达通信一体化系统在三种模式下的性能内界;最后,通过对三种模式下的系统性能及频谱资源需求量进行定量仿真评估,对比了频谱复用模式相对于传统频谱非复用模式的系统效能得益,验证了所提方法的有效性。      

一种MIMO雷达正交多相码的设计实现方法

多输入多输出(MIMO)雷达能利用空间分集与波形分集的能力,有效地改善雷达探测性能,提高杂波背景下目标检测能力,获得更高的目标探测精度。针对MIMO雷达正交波形的设计,利用贪婪算法,提出了一种MIMO雷达正交多相码波形设计方法,并仿真了该算法产生的信号平均峰值自相关旁瓣和平均互相关峰值。最后通过MIMO雷达目标探测的仿真,验证了产生的多相码信号对目标探测的有效性。     

发射分集MIMO雷达融合成像处理方法

发射分集MIMO雷达具有潜在的高分辨成像能力,但成像时存在高旁瓣问题。为分析它的成像性能,该文首先建立了发射分集MIMO雷达的成像模型。通过空间频谱的支撑区分布,阐明了分集成像的高分辨性能,并着重分析了其旁瓣特性。基于谱外推的思想,提出了一种发射分集MIMO雷达融合成像处理方法,该方法能够实现MIMO雷达高分辨成像同时具有良好的旁瓣性能。仿真实验验证了该文所提方法的有效性。     

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.     

雷达通信一体化研究现状与发展趋势

雷达通信一体化通过一套共用的硬件设备实现雷达探测与通信传输,相比于传统单一的雷达或者通信设备,更易集成化、小型化和高效利用频谱。该文系统地介绍了雷达通信一体化的原理与特点,指出了一体化研究中亟需解决的问题,从典型的基于线性调频(LFM)的雷达通信一体化信号出发,全面梳理了国内外针对雷达通信一体化的相关研究,着重归纳了正交频分复用(OFDM)与多入多出(MIMO)技术在雷达通信一体化波形设计、信号处理、一体化系统设计等几个重点方向的研究进展,并分析了雷达通信一体化未来的可能发展趋势及其在军事领域和民用智能交通领域的重要应用前景。     

复杂环境下雷达抗干扰及多功能一体化波形设计方法研究

现代战争中敌我双方各种武器装备所辐射的高密度、高强度、多频谱的电磁波,民用电磁设备的辐射以及自然界产生的电磁波等导致了雷达面临的电磁频谱环境越来越复杂和拥挤。为使雷达在复杂电磁环境中能有效工作,从波形设计的角度出发,分析了雷达波形设计必须考虑的约束条件和常用的波形性能度量指标,总结了近年来针对不同应用场景需求和复杂电磁环境下的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达(多波形)和单输入单输出(Single Input Single Output,SISO)雷达(单波形)波形设计的建模思路和优化手段,将建模思路和优化手段扩展用多功能一体化(探通、探干等)波形设计。建模思路和优化手段可为未来复杂电磁环境下雷达抗干扰波形设计以及多功能一体化信号设计提供参考和依据。仿真实验结果表明,所提算法设计的多功能一体化波形能够在保持指定的通信需求的同时达到理想的雷达探测性能。     

雷达通信一体化:共用波形设计和性能边界

很多军事和民用平台都同时具备雷达与通信功能.传统的分立式设计增加了系统的体积、功耗和成本,并降低了系统的电磁兼容性能.雷达通信一体化设计能够让雷达和通信共享硬件平台,从而克服上述缺点,受到了学术界和工业界的广泛关注.总体来看,雷达通信一体化可以通过资源分配和共用波形来实现.共用波形的方式具有更高的频谱效率和功率效率,并...     

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。     

基于空频域MIMO波形优化的雷达通信共享系统设计

提出了一种基于空频域波形设计的雷达通信共享系统，即对多输入多输出发射波形在空域和频域进行优化，利用优化的发射方向图主瓣实现对目标区域的雷达探测，通过控制通信方位的发射方向图旁瓣水平以及通信频带上的功率谱密度水平来实现通信信息传输。为此，在方向图旁瓣电平、波形功率谱水平、波形恒模等约束下，以发射方向图的匹配误差为目标函数，建立了相应的波形优化问题，并采用半正定松弛方法和高斯随机化方法来求解该问题。文中给出了通信信息的解调过程，且分别验证了雷达性能和通信性能。     

基于两分量广义加权分数傅里叶变换的大规模MIMO波形设计

针对大规模多输入多输出（MIMO）系统下传统信号分集技术需要牺牲通信速率或频谱等通信资源的缺陷,提出了一种基于两分量广义加权分数傅里叶变换（DCGWFRFT）的波形设计方法。该方法通过引入计算分集的概念,以一定的计算资源为代价提升系统的分集性能,且发送端不需要已知信道状态信息。分析了基于DCGWFRFT的波形的计算分集原理,并根据该原理提出了一种基于DCGWFRFT的波形设计与变换流程,在保持物理层安全特性的基础上提升波形的抗衰落能力。理论分析证明,在无噪声的情况下,所提出的波形设计与变换流程能够完美恢复原始发送信号;在有噪声的情况下,所提出的波形相比于未经变换的波形的误差能量分布更加平均。仿真结果显示,在误码率为10-3时,基于DCGWFRFT的波形相比于未经变换的波形有至少1.7 dB的比特信噪比性能优势。     

面向雷达通信频谱共享的一体化信号研究综述

随着全球信息化建设的深入推进,频谱资源稀缺问题日益凸显。军民之间、业务之间、国家之间等多方争夺无线频谱资源的态势已基本形成。其中,雷达与无线通信之间的频谱竞争最为激烈。在此背景下,面向雷达与通信共享频谱的一体化信号引起了学术界和工业界的广泛关注。本文剖析了雷达通信一体化信号研究历程及其走向多维调制的发展趋势,从理论上指明了传统一体化信号的局限性以及一体化多维信号的本质优势,从技术上拓展、挖掘和利用了新自由度,并设计了物理可实现的一体化多维信号方案,从仿真和试验上完成了典型场景的一体化多维信号性能测试。本文尝试为未来雷达通信一体化信号研究指明方向,更期望为我国今后应对频谱资源高度紧缺、频谱竞争异常激烈、用频需求飞速增长和频谱利用率低下等矛盾提供理论和技术积累。      

智能反射面辅助雷达通信双功能系统的多载波波形优化方法

雷达通信一体化是解决频谱资源拥挤问题的有效途径之一,而共享波形设计是同时实现雷达与通信功能的关键技术,该文旨在解决智能反射面(IRS)辅助雷达通信双功能(DRC)系统的多载波波形优化问题.首先,通过最大化传输功率、通信码字错误率(WEP)、旁瓣幅度与IRS反射系数约束下的雷达互信息(RMI),构建了双功能发射波形、IR...     

MIMO雷达测向性能研究与分析

多输入多输出（MIMO）雷达利用空间分集技术,有效地克服了目标雷达截面（RCS）起伏的影响,显著提高了雷达的性能。介绍了MIMO技术,对MIMO雷达的测向原理进行了阐述,并从不同天线阵元数目、快拍数对其系统性能进行了分析,最后对MIMO雷达的发展前景进行了展望。     

卫星辅助的去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统

为了应对未来通信系统中物联网业务和数据业务需求的激增,以及通信与雷达频谱重叠导致的资源紧缺问题,同时提高系统容量和降低感知网络部署成本,卫星技术被认为是通信与感知一体化系统的有效辅助手段。对卫星辅助的去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统架构进行深入研究,通过阐述信号处理流程,重点分析其通信性能,并利用仿真实验比较不同密集化部署和网络负载条件下的用户下行平均速率,验证了该系统有着比单纯地面去蜂窝大规模MIMO系统更优越的性能,为后续的星地融合通感一体化系统设计提供了指导和参考。     

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.