MIMO雷達(dá)中的數(shù)字波束形成與信號(hào)處理技術(shù)研究.pdf

1、雷達(dá)探測系統(tǒng)面臨的戰(zhàn)場環(huán)境日趨復(fù)雜，隱身目標(biāo)、各類干擾、低空超低空突防、反輻射導(dǎo)彈、飽和超飽和攻擊等依然是雷達(dá)系統(tǒng)面臨的主要威脅。相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的發(fā)展，從一定程度上緩解了雷達(dá)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(dá)系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)性能。將自適應(yīng)處理與DBF相結(jié)合的自適應(yīng)數(shù)字波束形成(ADBF)是相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展的一個(gè)重要方向，相關(guān)研究成果已頗為豐富，但其工程化應(yīng)用研究還遠(yuǎn)未完善。 另一方面，傳統(tǒng)相控陣

2、雷達(dá)采用DBF技術(shù)后雖然能改善在抗干擾等方面的性能，但在應(yīng)對(duì)諸如隱身目標(biāo)、超低空目標(biāo)、飽和攻擊等威脅時(shí)，也暴露出了一些不足，例如，在探測低空弱目標(biāo)時(shí)容易被敵方截獲，強(qiáng)雜波背景下對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的要求過大，窄波束掃描限制了雷達(dá)的工作效率等。 將多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)應(yīng)用于相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)能有效改善這些不足。在發(fā)射端，MIMO雷達(dá)各陣元(或子陣)發(fā)射相互正交的波形，回波信號(hào)為所有信號(hào)的延遲和；在接收端，用匹配濾波器組來分離回波信號(hào)中的

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

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

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

6、MO雷達(dá)相對(duì)于傳統(tǒng)相控陣在這些性能上的改善。 4．對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)中長時(shí)間積累情況下，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的包絡(luò)移動(dòng)問題進(jìn)行了研究。從運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)的特性分析出發(fā)，針對(duì)常規(guī)雷達(dá)，提出了基于頻域匹配權(quán)移位控制的包絡(luò)移動(dòng)補(bǔ)償算法；針對(duì)正交信號(hào)MIMO雷達(dá)，提出了一種利用信號(hào)的“距離-方向”耦合特性來進(jìn)行移動(dòng)補(bǔ)償?shù)乃惴?。新提出的算法將包絡(luò)移動(dòng)補(bǔ)償與信號(hào)的固有處理(匹配濾波或波束形成)相結(jié)合，大大降低了用于補(bǔ)償處理的附加運(yùn)算量，是實(shí)用的低復(fù)雜度處理算法