MIMO雷達信號檢測的若干問題研究.pdf

1、目前在通信中已經(jīng)廣泛采用MIMO技術(shù)來克服多徑效應(yīng)的影響和提高傳輸率。在綜合脈沖孔徑雷達(SyntheticImpulseandApertureRadar，SIAR)的啟發(fā)下，利用通信界成熟的MIMO技術(shù)，MIMO技術(shù)被應(yīng)用于雷達技術(shù)中，產(chǎn)生了兩種類型的MIMO雷達。一種是EranFishler提出的收發(fā)全分集MIMO雷達。在常規(guī)雷達中，目標的起伏會使回波閃爍，引起雷達性能的下降，因而是被視為有害的。收發(fā)全分集MIMO雷達卻相反，它正是

2、利用了目標的起伏來改善雷達的性能。這種雷達的優(yōu)勢包括硬件簡單、有效口徑大、通過空間分集對抗目標衰落等。另外一種是由林肯實驗室的學(xué)者首先提出的發(fā)射分集的MIMO雷達。在這種雷達中，收發(fā)陣列天線單元布置與相控陣雷達相同，因此可以把它看成是相控陣雷達的擴展。它的特點是發(fā)射相互正交的信號，而在接收端采用波束形成的方法進行處理。這種雷達的優(yōu)點主要是利用發(fā)射信號的多樣性提高雷達參數(shù)的可辨識性，提高角度分辨力。相比較而言，發(fā)射分集的MIMO雷達技術(shù)與

3、現(xiàn)在使用的雷達技術(shù)更加接近，在工程上比較容易實現(xiàn)。 圍繞兩種類型的MIMO雷達，本文對檢測相關(guān)問題展開研究。主要包括以下幾個方面： (1)研究了收發(fā)全分集MIMO雷達的原理特點和信號模型。針對經(jīng)典的慢起伏雷達目標截面積RCS模型，X2分布模型，理論分析了收發(fā)全分集MIMO雷達的檢測性能，通過比較傳統(tǒng)的相控陣，得出結(jié)論：收發(fā)全分集MIMO雷達在低信噪比時，檢測性能優(yōu)于相控陣；高信噪比時，檢測性能略差于相控陣。 (2

4、)將隱馬爾可夫模型(HiddenMarkovModel，HMM)應(yīng)用于收發(fā)全分集的MIMO雷達目標檢測。收發(fā)全分集MIMO雷達的天線陣元布置間距很大，接收天線從不同的角度觀測目標，目標的回波在不同的角度上呈現(xiàn)各向異性，各個方向回波強度變化大；雜波的回波則呈現(xiàn)各向同性，各個方向回波強度基本相同。針對發(fā)全分集MIMO雷達的這一特點，可以用隱馬爾可夫模型對目標和雜波回波分別建模，實現(xiàn)對目標回波和雜波的分離。 (3)研究了基于正交波形的

5、發(fā)射分集MIMO雷達的原理。首先分析了這種雷達系統(tǒng)的特點，信號模型。構(gòu)建了基于正交波形的發(fā)射分集MIMO雷達仿真系統(tǒng)，用仿真系統(tǒng)驗證了發(fā)射分集MIMO雷達在抗截獲性能、檢測弱目標的能力、速度分辨力、距離分辨力等方面相對于傳統(tǒng)相控陣雷達的優(yōu)勢。對仿真系統(tǒng)的處理流程進行分析，以信噪比為指標研究了系統(tǒng)的檢測性能，結(jié)論是：采用頻分的線性調(diào)頻信號時，通過長時間積累，發(fā)射分集MIMO雷達與相控陣雷達的檢測信噪比相同，可以獲得相同的檢測性能。

6、 (4)將空時自適應(yīng)處理(Space—timeAdaptiveProcessing，STAP)應(yīng)用于正交波形的發(fā)射分集MIMO雷達。針對發(fā)射分集MIMO雷達發(fā)射正交信號的特點，將空時自適應(yīng)處理技術(shù)進行了擴展，提出了波形—空間—時間三維信號處理方法，研究了三維信號空間中的目標、雜波、干擾信號模型。 (5)將Hough變換應(yīng)用于發(fā)射信號分集的MIMO雷達檢測問題中。首先針對常規(guī)Hough變換計算量大的問題，提出改進的方法，采用斜率—