MIMO雷達(dá)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，MIMO)雷達(dá)，是一種新體制雷達(dá)，它采用多個發(fā)射天線和多個接收天線，各發(fā)射天線同時發(fā)射完全正交或部分相關(guān)的信號，從而獲得更多的自由度或角度分集增益，或形成期望方向圖。MIMO雷達(dá)可以獲得更高的角度分辨率，或者分布在不同的觀測方向上對目標(biāo)進(jìn)行探測，因此能夠獲得更高的信雜比(SCR)，或有效對抗目標(biāo)的RCS閃爍，從而改善雷達(dá)在目標(biāo)檢測、多目標(biāo)分辨、參數(shù)估計等方面的性

2、能。同時，由于正交波形MIMO雷達(dá)各發(fā)射天線均是各向同性的，不需要進(jìn)行波束掃描，因此每一時刻都可監(jiān)視全空域，有效地增加了探測范圍，可以進(jìn)行更長時間的積累。通過對發(fā)射波形的優(yōu)化設(shè)計，使得MIMO雷達(dá)能夠在某些方面的性能得到進(jìn)一步提升。
　　 本文圍繞MIMO雷達(dá)體制展開，利用多種MIMO雷達(dá)配置，在分布式、集中式、子陣級分布式、波束空間式等多種MIMO雷達(dá)配置下，對MIMO雷達(dá)的目標(biāo)檢測、目標(biāo)定位、速度估計以及波形設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)

3、行了深入的研究，具體工作概括如下：
　　 1.研究雙基地集中式正交波形MIMO雷達(dá)在各種雜波環(huán)境下的檢測方法。將Kelly、AMF和ACE檢測器推廣到雙基地MIMO雷達(dá)體制中，推導(dǎo)了高斯雜波下，雜波協(xié)方差矩陣已知、未知以及檢測單元數(shù)據(jù)和參考單元數(shù)據(jù)存在不同增益系數(shù)時的恒虛警檢測器，還推導(dǎo)了非均勻雜波環(huán)境下，雙基地MIMO雷達(dá)在雜波斑點分量協(xié)方差矩陣已知和未知、參考單元的數(shù)據(jù)充分和有限時的多種檢測方法。并對這些方法在不同雜波環(huán)境中

4、的檢測性能進(jìn)行了仿真分析和對比，指出了各檢測器的適用環(huán)境。
　　 2.研究了機(jī)載正交波形MIMO雷達(dá)在非均勻雜波中的檢測方法。以球不變隨機(jī)矢量為雜波模型，針對雜波在距離上非均勻且空時二維雜波協(xié)方差矩陣不滿秩的特性，提出了修正漸近最大似然估計(MAML)算法來估計MIMO雷達(dá)歸一化雜波協(xié)方差矩陣，并以雜波協(xié)方差矩陣的MAML為基礎(chǔ)推導(dǎo)了廣義似然比檢測器，來實現(xiàn)該條件下機(jī)載MIMO雷達(dá)的目標(biāo)檢測，且將該檢測器稱為修正漸近廣義似然比檢

5、測器(MAGLRT)。分析了雜波參數(shù)、系統(tǒng)熱噪聲以及MIMO雷達(dá)發(fā)射天線數(shù)目對該檢測器檢測性能的影響，證明了該方法在非均勻雜波中具有很好的檢測性能。
　　 3.研究了正交波形分布式MIMO雷達(dá)的檢測方法。針對分布式MIMO雷達(dá)中目標(biāo)在多個信道檢測距離單元不同的特性，提出了檢測空間的柵格分割方法，并針對柵格內(nèi)目標(biāo)在各信道檢測單元的確定問題提出了兩種方案，給出了每種方案的實施步驟，利用三種分布式MIMO雷達(dá)檢測器對兩種檢測方案的性能

6、和柵格大小對檢測性能的影響進(jìn)行了對比與分析，證明了兩種方法的有效性。
　　 4.研究MIMO雷達(dá)與多輸入單輸出(MISO)雷達(dá)的定位精度問題。針對小型機(jī)動平臺對目標(biāo)的定位問題，提出了在大型陣列雷達(dá)的輔助下，MIMO和MISO兩種工作模式交替使用的方法，分別在這兩種模式下推導(dǎo)了目標(biāo)相對定位精度幾何稀釋(GDOP)的計算公式，分析了目標(biāo)位置、小型機(jī)動平臺位置以及陣列天線數(shù)目對兩種模式下目標(biāo)相對定位精度的影響情況。
　　 5.

7、推導(dǎo)了子陣級分布式MIMO雷達(dá)目標(biāo)位置和速度聯(lián)合估計的克拉美·羅界(CRB)，利用克拉美·羅界，分析了子陣級分布式MIMO雷達(dá)的子陣數(shù)目和目標(biāo)位置對目標(biāo)速度和位置估計精度的影響。證明了含有更多子陣的子陣級分布式MIMO雷達(dá)具有更好更穩(wěn)定的目標(biāo)位置和速度估計性能。
　　 6.設(shè)計了用于目標(biāo)頻率響應(yīng)(TFR)估計的MIMO雷達(dá)發(fā)射波形。建立了MIMO雷達(dá)對于多個在慢時間上具有相關(guān)性的距離擴(kuò)展目標(biāo)的TFR統(tǒng)計模型?；诳柭鼮V波的穩(wěn)態(tài)