MIMO雷達中的數(shù)字波束形成與信號處理技術研究.pdf

1、雷達探測系統(tǒng)面臨的戰(zhàn)場環(huán)境日趨復雜，隱身目標、各類干擾、低空超低空突防、反輻射導彈、飽和超飽和攻擊等依然是雷達系統(tǒng)面臨的主要威脅。相控陣雷達技術的發(fā)展，從一定程度上緩解了雷達探測系統(tǒng)所面臨的這些困難，特別是數(shù)字波束形成(DBF)的出現(xiàn)，大大改善了雷達系統(tǒng)的戰(zhàn)術性能。將自適應處理與DBF相結合的自適應數(shù)字波束形成(ADBF)是相控陣雷達發(fā)展的一個重要方向，相關研究成果已頗為豐富，但其工程化應用研究還遠未完善。 另一方面，傳統(tǒng)相控陣

2、雷達采用DBF技術后雖然能改善在抗干擾等方面的性能，但在應對諸如隱身目標、超低空目標、飽和攻擊等威脅時，也暴露出了一些不足，例如，在探測低空弱目標時容易被敵方截獲，強雜波背景下對動態(tài)范圍的要求過大，窄波束掃描限制了雷達的工作效率等。 將多輸入多輸出(MIMO)技術應用于相控陣雷達系統(tǒng)能有效改善這些不足。在發(fā)射端，MIMO雷達各陣元(或子陣)發(fā)射相互正交的波形，回波信號為所有信號的延遲和；在接收端，用匹配濾波器組來分離回波信號中的

3、各發(fā)射分量，然后通過DBF技術形成接收波束和等效的發(fā)射波束。這種基于正交信號體制的MIMO雷達技術可提高雷達的抗截獲性能，改善目標分辨能力和弱目標檢測性能，提高雷達的空間搜索效率等。 本文針對正交信號MIMO雷達中的數(shù)字波束形成和信號處理技術，以及MIMO雷達性能分析等開展研究，主要內容包括以下幾點： 1．從數(shù)字波束形成和自適應處理的基本原理出發(fā)，研究了自適應DBF處理的經典算法(SMI)及對角加載技術。重點研究了自適應

4、數(shù)字波束形成在大型陣列系統(tǒng)中的應用問題，詳細討論了控制自適應波束副瓣高度的技術途徑和解決方法。所討論的技術，既適用于傳統(tǒng)相控陣，也適用于MIMO雷達中的接收波束形成。 2．研究了正交信號MIMO雷達的基本原理，從收發(fā)信號模型出發(fā)，詳細推導了MIMO雷達的接收信號處理流程和基本處理方法。在此基礎上，分析和討論了MIMO雷達和傳統(tǒng)相控陣雷達的信噪比問題。從理論上證明了兩種雷達模式信噪比的差異，并分析了信號形式對信噪比的影響。

5、 3．從接收信號的動態(tài)范圍分析出發(fā)，研究了正交信號MIMO雷達在強雜波中檢測弱目標的能力。由于控制MIMO雷達的雜波峰值功率是改善其動態(tài)范圍及弱目標檢測性能的有效途徑，針對正交LFM信號，研究了利用隨機相位來降低MIMO雷達空間合成信號峰值功率的方法。隨機相位的產生由遺傳算法優(yōu)化得到。通過對接收機的限幅仿真，驗證了MIMO雷達在弱目標檢測方面的性能優(yōu)勢。同時，對MIMO雷達的距離分辨、低速目標檢測等其它性能也進行了分析和討論，以說明MI

6、MO雷達相對于傳統(tǒng)相控陣在這些性能上的改善。 4．對雷達系統(tǒng)中長時間積累情況下，運動目標的包絡移動問題進行了研究。從運動目標回波信號的特性分析出發(fā)，針對常規(guī)雷達，提出了基于頻域匹配權移位控制的包絡移動補償算法；針對正交信號MIMO雷達，提出了一種利用信號的“距離-方向”耦合特性來進行移動補償?shù)乃惴āＰ绿岢龅乃惴▽j移動補償與信號的固有處理(匹配濾波或波束形成)相結合，大大降低了用于補償處理的附加運算量，是實用的低復雜度處理算法