分集MIMO雷達目標散射特性與檢測算法.pdf

1、多輸入、多輸出(MIMO)雷達是目前國際雷達領(lǐng)域的研究熱點,它可以利用雷達發(fā)射信號多樣性來提高雷達系統(tǒng)性能。按照雷達天線之間的距離,MIMO雷達分為兩種,集中式MIMO雷達和分布式MIMO雷達,前者利用發(fā)射波形多樣性提高雷達系統(tǒng)的自由度和分辨率,后者利用雷達目標散射的空間多樣性提高雷達系統(tǒng)的檢測性能,它又被稱為空間分集雷達。另一種分集雷達是頻率分集雷達,而目前同時具有空間和頻率散射多樣性的MIMO雷達逐漸受到重視。本論文圍繞“十一五”國

2、防預(yù)研項目“X X X/X X X雷達技術(shù)”的研究任務(wù),研究了集中式MIMO和分布式MIMO雷達涉及的信號處理及目標檢測問題,主要貢獻分為以下四個部分:
　　 研究了雷達目標回波的統(tǒng)計特性,尤其是相關(guān)特性,它為分集MIMO雷達信號檢測器設(shè)計提供了重要依據(jù)。本文將表明,分集MIMO雷達有可能接收到既不是完全相關(guān),也不是完全獨立的目標回波信號,此時常用的獨立性條件已不能用來描述目標回波信號之間的相關(guān)性的程度大小。因此,以一個頻率和空

3、間聯(lián)合分集MIMO雷達為背景,本文對目標回波信號相關(guān)性的定量化進行了研究,給出了其中任意兩個分集通道中目標回波信號的相關(guān)系數(shù)的表達式,該結(jié)果適用于任意形式空間分集、頻率分集和空間-頻率聯(lián)合分集的MIMO雷達。該表達式可用于估計分集通道間目標回波信號的相關(guān)系數(shù),為多通道融合檢測算法研究和性能分析提供了基礎(chǔ)。
　　 集中式MIMO雷達可實現(xiàn)更多的自由度和更高的分辨率,但其計算量也隨之大大增加。本文利用接收信號協(xié)方差陣可能具有Kron

4、ecker結(jié)構(gòu)的特點,提出了相應(yīng)的自適應(yīng)波束形成算法,可以大大降低樣本數(shù)需求和計算量。論文首先給出了干擾回波信號的協(xié)方差陣具有Kronecker結(jié)構(gòu)的條件,在此基礎(chǔ)上給出了目標參數(shù)估計算法和兩種典型的信號處理結(jié)構(gòu),隨后對典型干擾的協(xié)方差陣結(jié)構(gòu)進行了分析,表明有源干擾信號的存在將破壞該結(jié)構(gòu)。最后,通過MIMO波束形成問題,研究了無源干擾信號對基于結(jié)構(gòu)化協(xié)方差陣的信號處理算法的影響,表明,基于結(jié)構(gòu)化的波束形成方法可以抑制小于接收天線個數(shù)的無

5、源干擾信號,但不能抑制多于雷達接收天線個數(shù)的干擾信號。
　　 分集MIMO雷達通過對多通道信號的融合處理來獲得檢測性能的提高,不同通道間回波信號的相關(guān)特性和信噪比不同的問題是設(shè)計分集M I M O雷達信號檢測算法時需要考慮的重點。本文研究了目標回波信號的相關(guān)性和信噪比不平衡對于已有檢測算法的影響,并且基于尼曼.皮爾遜準則,針對目標回波相互獨立但信噪比不同情形提出了一種基于信噪比加權(quán)的檢測算法,以及針對目標回波統(tǒng)計相關(guān)且信噪比不同

6、情形提出了一種高斯信號檢測算法。最后分析了目標回波的相關(guān)性、信噪比失衡和虛警概率對于所有檢測算法的影響,結(jié)果表明,目標回波的臨界相關(guān)和通道信噪比失衡會降低傳統(tǒng)檢測算法的檢測概率,而提出的算法能夠提高雷達系統(tǒng)的檢測性能。
　　 實際的分集MIMO雷達檢測系統(tǒng)有時需要考慮局部的雜波信號抑制問題,基于廣義似然比準則,提出了一種具有局部干擾抑制功能的信號融合檢測器,該檢測器具有多個特點,包括具有恒虛警性能,可以方便的組織信號融合網(wǎng)絡(luò),允